Aufgabenstellung

Warmfeste Werkstoffe müssen oft mit Gusswerkstoffen verbunden werden, was angesichts des hohen Kohlenstoffgehalts des Gusses sowie den unterschiedlichen thermischen Werkstoffeigenschaften zu Schweißnahtdefekten führt. Da bislang keine Erkenntnisse zum Laserstrahlschweißen dieser Mischverbindung ohne Zusatzdraht sowie zum Einfluss der Bauteilanordnung vorliegen, wurde die Untersuchung dieser beiden Punkte zum Ziel des Projektes gesetzt. Ohne Zusatzdraht besteht sowohl die Gefahr von Kaltrissen im Schweißgut, welche auf eine kohlenstoffbedingte lokale Aufhärtung zurückzuführen sind, als auch von Heißrissen, die durch den hohen Nickelgehalt begünstigt werden. Somit müssen im Rahmen der Untersuchungen die Durchmischung der Schmelze sowie die Aufheiz- und Abkühlraten betrachtet werden, um diese Defekte zu vermeiden.

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projekts sollen prozesstechnische Maßnahmen erarbeitet werden, mit deren Hilfe sich die Legierungszusammensetzung und das Gefüge innerhalb der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone systematisch beeinflussen lassen, um somit die Gefahr der Kalt- und Heißrissbildung zu verringern. Neben der Einstellung der Mischungsverhältnisse der Fügepartner kann eine Vor- und Nachwärmung der Bauteile zur gezielten Anpassung des Temperaturverlaufs im Prozess in Naht und Wärmeeinflusszone dienen. Dies soll laserbasiert oder mittels induktiver Vor- und Nachwärmung der Fügepartner erreicht werden.

Ergebnisse

Durch zusätzliche Wärmebehandlung beim Schweißen kann die Abkühlgeschwindigkeit, demzufolge der Martensitgehalt und die Kaltrissanfälligkeit gesenkt werden. Bezüglich der globalen induktiven Vor- und Nachwärmung hat sich gezeigt, dass nicht alle Materialkombinationen defektfrei geschweißt werden konnten und, dass das Gehäuse je nach Werkstoff beim Erwärmen seine Form- und Maßhaltigkeit verliert. Insgesamt hat sich die induktive Vor- und Nachwärmung aufgrund des fehlenden Mehrgewinns und der teilweise geringen Form- und Maßhaltigkeit nicht bewährt. Verglichen mit der laserbasierten Wärmebehandlung konnte die Wärme bei dieser Strategie nur mit geringer Eindringtiefe und global eingebracht werden. Bei der lokalen laserbasierten Vor- und Nachwärmung hat sich aus drei untersuchten Strategien die der defokussierten Wärmebehandlung hinsichtlich Nahtoberfläche, Riss- und Porenminimierung als beste erwiesen (s. Abbildung). Da die Schweißnahtqualität bei der defokussierten Wärmebehandlung für alle Materialkombinationen stets am höchsten war, lassen sich die Erkenntnisse sehr wahrscheinlich auch auf weitere Materialien übertragen.