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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
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GSI - Standorte in Deutschland
Rostock
Hannover
Bielefeld
Duisburg
Berlin
Halle
Werkstätten/Büros
Übach-Palenberg
Fellbach
München
Halle
Mannheim
Düsseldorf(Hauptsitz)
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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
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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
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VerarbeitungVerarbeitung nachnach ZulassungsbescheidZulassungsbescheid
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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
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SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Spaltkorrosiondurch– Spalte
– Elektochemische Korrosion
WIG-Schweißnaht
Korrosion
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SpaltkorrosionSpaltkorrosion
• Vermeidung– Vermeidung von Spalten– gegenschweißen (Schutzgasschweißen) oder
durchschweißen– ggf. Spalte nachträglich abdichten (Kosten)– ggf. Spalte nachträglich abdichten (Kosten)– bei Schraubverbindungen Verwendung von
Kunststoffdichtungen
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SpannungsrisskorrosionSpannungsrisskorrosion
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SpannungsrisskorrosionSpannungsrisskorrosion
• Vermeidung– (Eigen-) Spannungen reduzieren
• Spannungsarmglühen
• Strahlen (Glasperlen)
– Mo-legierte Stähle verwenden
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SchweißenSchweißen
Zulässige und unzulässige Anlauffarben
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AnlauffarbenAnlauffarben
Zulässige und unzulässige Anlauffarben
Bewertungsgruppe D - Beispiele 1 bis 7
Bewertungsgruppe C - Beispiele 1 bis 5
Bewertungsgruppe B - Beispiele 1 bis 3
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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
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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.
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Heißrisse
1.4305 1.4571 / Automatenstahl
Risse
1.4571 / Automatenstahl
Kaltrisse
C45 25CrMo4
1.4305 1.4571 / Automatenstahl 1.4571 / Automatenstahl
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Als Bindefehler bezeichnet man eine Schweißnaht, die den Fügebereich nicht komplett bzw. überhaupt nicht erfasst.
Bindefehler
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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
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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%
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Nahtvorbereitung
• Nahtvorbereitung
- I.d.R. mechanisch, auch durch Laserstrahlschmelzschneiden
- hohe Genauigkeitsanforderung an den Fügespalt
- vielfältige Gestaltungsmöglichkeit der Fügezone
- Stumpfnaht- Stumpfnaht
- Überlappnaht
- Kehlnaht
günstig ungünstig
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Norm als
Konstruktion
Einkauf/
Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1
Dialog-grundlage
Qualitätswesen
FertigungEinkauf/ Vertrieb
intern
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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.
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Bewertungsgruppen
Gruppe Anforderungen
Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1
D niedrig
C mittel
B hoch
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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......
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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
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Endkraterrisse Ordnungsnummer (ISO 6520) :104
Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13919-1
Endkraterrisse Ordnungsnummer (ISO 6520) :104
Bemerkungen
DC B
örtlich
zulässigNicht zulässig
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV
München – Niederlassung der GSI mbH
SLV München NL der GSI mbHSchachenmeierstraße 3780636 Münchenwww.slv-muenchen.de