Untersuchungen zum Laserstrahl-Unterpulver-Hybridschweißen von dickwandigem Duplexstahl 1.4462 (t = 20 mm) für hochbelastbare Anwendungen
DVS Congress: Große Schweißtechnische Tagung
19.-21. September
Koblenz
2022
Type: Konferenzbeitrag
Abstract
Duplexstähle kommen aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften für korrosionsbeanspruchte Anwendungen aus der Öl- und Gasindustrie sowie dem Schiff- und Brückenbau zum Einsatz. Neben der Korrosionsbeständigkeit zeichnen sich derartige Stähle durch eine hohe Festigkeit und Zähigkeit aus, welche auf ein Deltaferrit-Austenit-Gefügeverhältnis mit mindestens 30 \% Austenit zurückzuführen ist. Beim Schweißen kann dieses Gefügeverhältnis durch eine ungünstige Wärmeführung verloren gehen. Für das Schweißen von Duplexstählen haben sich in der Praxis Lichtbogenschweißverfahren, wie z. B. UP-Schweißen und MSG-Schweißen, etabliert. Mit diesen Schweiß-verfahren können zwar Verbindungen mit dem geforderten Gefügeverhältnis hergestellt werden, jedoch unter dem Kompromiss einer geringen Produktivität. Die Strahlschweißverfahren Laserstrahlschweißen oder Elektronen-strahlschweißen weisen dagegen eine hohe Produktivität auf, können jedoch keine S chweißverbindungen mit dem geforderten Gefügeverhältnis erzeugen. Das Laserstrahl-UP-Hybridschweißen vereint die Vorteile beider Schweißverfahren und kann eine gute Alternative mit hoher Produktivität sein.
In der vorliegenden Studie werden im Zuge der Schweißprozessentwicklungen Schweißverbindungen aus dem Duplexstahl 1.4462 (t = 20 mm) unter Variation von Prozessparametern Laserstrahlleistung, Vorschubgeschwin-digkeit und Pendelamplitude sowie der Nahtvorbereitungsgeometrie DY-Naht und DI-Naht erzeugt und anhand von Normen bzw. Regularien hinsichtlich der metallurgischen und mechanischen Eigenschaften evaluiert. Zudem wird der Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und den Schweißnahteigenschaften ermittelt. Zur Schweißnahtqualifizierung kommen Querschliffe, EDX-Analysen, Gefügeanalysen, Kerbschlagbiegeprüfungen und Zugprüfungen zum Einsatz. Als wesentliches Ergebnis konnten stabile, effiziente Hochleistungsschweißprozesse mit einer Laserstrahlleistung von bis zu PL = 15 kW und einer UP-Leistung von PUP = 15 kW bei einer Schweißge-schwindigkeit von vS = 0,6 m/min erzielt werden. Die erzeugten Schweißverbindungen weisen keine kritischen Unregelmäßigkeiten auf und errei chen den geforderten Austenitgehalt von 30 \% und die geforderte Kerbschlagar-beit von KV = 40 J bei einer Prüftemperatur von −40 °C. Basierend auf diesen Ergebnissen hat sich das Laser-strahl-UP-Hybridschweißen als ein prozesssicheres Schweißverfahren mit hoher Produktivität gezeigt, welches in Zukunft für die schweißtechnische Fertigung von Bauteilen aus Duplexstählen eine wichtige Rolle spielen kann.