Laserstrahlschweißen von Edelstählen

Vergleich zwischen Laserstrahl- und

Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV

München – Niederlassung der GSI mbH

SLV München NL der GSI mbHSchachenmeierstraße 3780636 Münchenwww.slv-muenchen.de

Vergleich zwischen Laserstrahl- und konventionellem Schweißen

Prüfen und Bewerten

GSI - Standorte in Deutschland

Rostock

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Halle

Werkstätten/Büros

Übach-Palenberg

Fellbach

München

Halle

Mannheim

Düsseldorf(Hauptsitz)

SLV München, Niederlassung der GSI mbH -Dienstleister auf dem Gebiet der Schweißtechnik

Forschung und EntwicklungNeu- und Weiterentwicklung von Verfahren auf vielen schweißtechnischen Gebieten

Simulation, Beratung, Technologietransfer

Internet-Info: www.slv-muenchen.de

Aus- und WeiterbildungAusbilden von Schweißern, individuelle Schulungen, Qualifizieren und Zertifizieren von Führungskräften

WerkstofftechnikZerstörende- und zerstörungsfreie Werkstoffprüfung im Rahmen von z.B. Werkstoffuntersuchungen, Verfahrensprüfungen, Schadensanalysen, Gutachten

QualitätswesenErteilung von Eignungsnachweisen, Zertifizieren von Qualitätsüberwachung, Prüfung, Abnahme von Bauprodukten, geschweißten Konstruktionen, Korrosionsschutz- und Spritzschichten

GliederungGliederung

- Auswirkungen der Wärmeeinbringung am Beispiel Korrosion

- Bewertungen von Laserstrahlschweißungen (z.B. Risse, Lunker, Poren, Bindefehler)

- Nahtvorbereitung und Konstruktion- Nahtvorbereitung und Konstruktion

- DIN EN ISO 13919 – 1

VerarbeitungVerarbeitung nachnach ZulassungsbescheidZulassungsbescheid

KorrosionsformenKorrosionsformen

• Typische Korrosionsformen– Lochkorrosion

– Spaltkorrosion

– Spannungsrisskorrosion (SpRK)

– interkristalline Korrosion (IK)

- Kontaktkorrosion

• Andere Korrosionsformen– flächige Korrosion, Muldenkorrosion– Schwingungsrisskorrosion– selektive Korrosion des Austenits oder

Deltaferrits– mikrobakterielle Korrosion

SpaltkorrosionSpaltkorrosion

• Spaltkorrosiondurch– Spalte

– Elektochemische Korrosion

WIG-Schweißnaht

Korrosion

SpaltkorrosionSpaltkorrosion

• Vermeidung– Vermeidung von Spalten– gegenschweißen (Schutzgasschweißen) oder

durchschweißen– ggf. Spalte nachträglich abdichten (Kosten)– ggf. Spalte nachträglich abdichten (Kosten)– bei Schraubverbindungen Verwendung von

Kunststoffdichtungen

SpannungsrisskorrosionSpannungsrisskorrosion

SpannungsrisskorrosionSpannungsrisskorrosion

• Vermeidung– (Eigen-) Spannungen reduzieren

• Spannungsarmglühen

• Strahlen (Glasperlen)

– Mo-legierte Stähle verwenden

SchweißenSchweißen

Zulässige und unzulässige Anlauffarben

AnlauffarbenAnlauffarben

Zulässige und unzulässige Anlauffarben

Bewertungsgruppe D - Beispiele 1 bis 7

Bewertungsgruppe C - Beispiele 1 bis 5

Bewertungsgruppe B - Beispiele 1 bis 3

GliederungGliederung

- Auswirkungen der Wärmeeinbringung am Beispiel Korrosion

- Bewertungen von Laserstrahlschweißungen (z.B. Risse, Lunker, Poren, Bindefehler)

- Nahtvorbereitung und Konstruktion- Nahtvorbereitung und Konstruktion

- DIN EN ISO 13919 – 1

Die Bewertung von laserstrahlgeschweißten Verbindungen ist in der DIN EN 13919-1 für Stahl und in DIN EN 13919-2 für Aluminium geregelt. Das DVS-Merkblatt 3214 gibt zusätzlich Hinweise auf Fehlerursachen.Darin werden die folgenden Unregelmäßigkeiten bewertet und erläutert:

Risse

Endkraterrisse

Poren

Lunker

Bewertung von Laserstrahlschweißverbindungen

Lunker

Bindefehler

Ungenügende Durchschweißung

Randkerben

Nahtüberhöhung

Wurzelüberhöhung / Nahtdurchhang

Kantenversatz

Nahtunterwölbung

Wurzelrückfall

Schweißspritzer.

Heißrisse

1.4305 1.4571 / Automatenstahl

Risse

1.4571 / Automatenstahl

Kaltrisse

C45 25CrMo4

1.4305 1.4571 / Automatenstahl 1.4571 / Automatenstahl

Als Bindefehler bezeichnet man eine Schweißnaht, die den Fügebereich nicht komplett bzw. überhaupt nicht erfasst.

Bindefehler

GliederungGliederung

- Auswirkungen der Wärmeeinbringung am Beispiel Korrosion

- Bewertungen von Laserstrahlschweißungen (z.B. Risse, Lunker, Poren, Bindefehler)

- Nahtvorbereitung und Konstruktion- Nahtvorbereitung und Konstruktion

- DIN EN ISO 13919 – 1

Laserstrahlschweißen - Produktentwicklung

Planung, Einführung und Realisierung des Laserstrahlschweißens für ein neues Produkt - Massenfertigung

• Lasergerechte Konstruktion,Machbarkeitsuntersuchung (Werkstoff, Oberflächenbeschichtungen, mech.-techn. Eigenschaften)

30%

Gewichtung

• Auswahl Lasertyp, Laserstrahlquelle, herstellerbezogene Voruntersuchungen

• Werkstückhandhabung, Spanneinrichtung, Laserstrahlführung und -formung

• Schweißnahtvorbereitung, Qualitätssicherung der Vorprodukte

• Prozesssicherung und Werkstückqualität

10%

15%

20%

25%

Nahtvorbereitung

• Nahtvorbereitung

- I.d.R. mechanisch, auch durch Laserstrahlschmelzschneiden

- hohe Genauigkeitsanforderung an den Fügespalt

- vielfältige Gestaltungsmöglichkeit der Fügezone

- Stumpfnaht- Stumpfnaht

- Überlappnaht

- Kehlnaht

günstig ungünstig

Nahtvorbereitung – Toleranzanforderungen

• Überlappnaht

Ohne Zusatzwerkstoff Mit Zusatzwerkstoff

Mögliche Nahtunregelmäßigkeiten bei übermäßigen Abweichungen:

- Nahteinfall aufgrund fehlenden Nahtmaterials bis hin zur Schmelzbadtrennung, Abhängigkeit von der Blechdicke!

- besondere Problematik bei beidseitig verzinkten Blechen

0,2 · s 0,5 · s

Nahtvorbereitung - Toleranzanforderungen

• Stumpfnaht

ohne Zusatzwerkstoff mit Zusatzwerkstoff

Mögliche Nahtunregelmäßigkeiten bei übermäßigen Abweichungen:

- Nichterfassung, bzw. nur einseitige Erfassung der Fügepartner,

- Nahteinfall aufgrund eines zu breiten Spaltes,

- Mögliche Rissbildung am Kristallstoß, insbes. bei zu großen Spalten

- Ungleichmäßige Schweißnaht aufgrund variierender Spaltverhältnisse,

- Bei zu hohem Höhenversatz Schwächung des tragenden Querschnittes

0,15 · s0,1 · s

0,25 · s0,25 · s

Nahtarten - Nahtgestaltung

Energetisch günstiger, dünnes Blech auf dickes aufschweißen

Günstiger, die Kante aufzuschmelzen (Abschmelzkante)

günstige Strahllage ungünstige Strahllage

Energetisch günstig, spanntechnisch z.T. schwierig

Mögliche Rissproblematik am Kristallstoß in der Fugenmitte

Ungünstige Fugenerfassung,

Mögliche Kerbwirkung mit Rissbildung

Nahtarten - Nahtgestaltung

Vorteile:- Geringe Genauigkeitsansprüche an das

Führungssystem Werkstück – Laserstrahl

- Geringe Umlenkung des Kraftlinienflusses

- Keine Kanten- bzw. Fugenerkennung erforderlich

- Gute BauraumausnutzungNachteile:- hoher Energieaufwand (geringere Schweißgeschwindigkeit als bei - hoher Energieaufwand (geringere Schweißgeschwindigkeit als bei

Stumpfnaht)

- höhere Wärmebelastung der Bauteile (Verzug)

- Gefahr von Spaltkorrosion und Korrosion bei offen liegenden Blechen

- schlechte Entgasung beim Schweißen von verzinkten Blechen

Einsatzgebiete:

- Bei umgeformten Blechkonstruktionen, ohne komplizierten räumlichen Verlauf der Fügegeometrie

Nahtarten - Nahtgestaltung

Vorteile:- Optimaler Kraftfluss, gute Oberflächenqualität- Spannmöglichkeit in unmittelbarer Nähe der Naht- Gute Kontrollmöglichkeit auf Durchschweißung- keine Entgasungsprobleme beim Schweißen von

verzinkten/beschichteten Blechen- Geringer Einfluss bei Oberflächenbeschichtungen

Nachteile:Nachteile:- Hohe Toleranzansprüche an Werkstückkanten/Spalte- Hohe Genauigkeitsansprüche an das Führungssystem - Laserstrahl- Mögliche Rissbildung am Kristallstoß (Schrumpfspannungen)

Einsatzgebiete:- Verbindungen im Sichtbereich (gezielte Nahtüberhöhung,

Nachbearbeitung möglich)- Verbindungen hoher Festigkeit auf beschränktem Raum

GliederungGliederung

- Auswirkungen der Wärmeeinbringung am Beispiel Korrosion

- Bewertungen von Laserstrahlschweißungen (z.B. Risse, Lunker, Poren, Bindefehler)

- Nahtvorbereitung und Konstruktion- Nahtvorbereitung und Konstruktion

- Ausblick: DIN EN ISO 13919 – 1

Norm als

Konstruktion

Einkauf/

Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1

Dialog-grundlage

Qualitätswesen

FertigungEinkauf/ Vertrieb

intern

Es ist zu beachten, daß sich die Normen ausschließlich auf die Fertigungsqualität der Erzeugnisse beziehen

DEFINITIONEN

Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1

Die Absicht dieser Norm ist es, Bewertungsgruppen

als verweisungsfähige Grunddaten festzulegen

die Fertigungsqualität der Erzeugnisse beziehen und nicht auf deren Gebrauchstauglichkeit.

Bewertungsgruppen

Gruppe Anforderungen

Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1

D niedrig

C mittel

B hoch

Welche Bewertungsgruppe im Einzelfall

ausgewählt wird, hängt von vielen Einflußgrößen ab:

Bewertungsgruppen

Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1

• Festigkeitsanforderungen, • optische Anforderungen, • Betriebsbedingungen• Folgen eines Bauteilversagens,• Fertigungsbedingungen etc.

Eine höhere Schweißnahtgüte verursacht grundsätzlich

höhere Kosten für Fertigung, Prüfung, Reparaturen......

Risse Ordnungsnummer (ISO 6520) :100

Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1

Risse Ordnungsnummer (ISO 6520) :100

Bemerkungen D C B

Alle Arten von Rissen

ausgenommen Mikrorisse

(h · l < 1 mm2)

Nicht zulässigNicht zulässig

Endkraterrisse Ordnungsnummer (ISO 6520) :104

Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1

Endkraterrisse Ordnungsnummer (ISO 6520) :104

Bemerkungen

DC B

örtlich

zulässigNicht zulässig

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV

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