HOCHLEISTUNGS-LASERSTRAHL-MSG-HYBRIDSCHWEIßEN VON FEINKORNBAUSTÄHLEN IM BEREICH DICKBLECHANWENDUNGEN

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1 HOCHLEISTUNGS-LASERSTRAHL-MSG-HYBRIDSCHWEIßEN VON FEINKORNBAUSTÄHLEN IM BEREICH DICKBLECHANWENDUNGEN Dipl.-Ing. Rabi Lahdo Forum Produktion Nordwest, Pappenburg

2 AGENDA Motivation Laser-MSG-Hybridschweißen Ergebnisse Laser-MSG-Hybridschweißen mit 16 kw-scheibenlaser X70 (t = 23 mm) MSG-Laser-Hybridschweißen mit 6 kw-faserlaser und mit integrierter, induktiver Vorwärmung S700MC (t = 10 mm) X70 (t = 13,2 mm) S690QL (t = 15 mm) S690QL (t = 20 mm) Zusammenfassung 2

3 MOTIVATION Einsatz von höherfesten Feinkornbaustählen im Dickblechbereich Offshore Anwendung, Kran-, Pumpen-, Schiffbau-, Fahrzeug- und Brückenbau Konventionell Lichtbogenschweißverfahren Hochleistungs-MSG-Schweißen; UP-Schweißen Effizienter Schweißprozess MSG-Laser-Hybridschweißen Vorteile MSG-Laser-Hybridschweißen gegenüber UP-Schweißen Keine bzw. geringere Kantenvorbereitung Einseitig und einlagig Geringere thermische Belastung Höhere Schweißgeschwindigkeit bei höherer Einschweißtiefe Geringe Abkühlzeiten 3

4 LASER-MSG-HYBRIDSCHWEISSEN MSG-Laser-Hybridschweißen Kopplung beider Schweißverfahren in einer Prozesszone Hohe Schweißgeschwindigkeit Hohe Einschweißtiefe Robust gegenüber Toleranzen Stabilisierung des MSG-Lichtbogens durch Laser Einsatz einer induktiven Vorwärmung Erhöhung der Abkühlzeit Modifizierung der mech.-techno. Eigenschaften Einfluss auf Heißrissbildung Erhöhung der Einschweißtiefe/Schweißgeschwindigkeit 4

5 LASER-MSG-HYBRIDSCHWEISSEN Hybridprozess mit zusätzlichem, nachlaufendem MSG-Brenner Lichtleitkabel Laserstrahlscanner Laser-Bearbeitungskopf Crossjet Nachlaufender MSG-Brenner Vorlaufender MSG-Brenner Spannvorrichtung 5

6 LASER-MSG-HYBRIDSCHWEISSEN VON X70 (23 MM) Decklage Querschliff 2 mm Schweißnahtwurzel Materialparameter Prozessparameter Werkstoff: L485MB (X70) Vorschubgeschwindigkeit: 1,8 m/min Blechdicke: 23 mm Laserstrahlleistung: Lichtbogenleistungen: 16 kw 5,6 kw + 5,6 kw 6

7 LASER-MSG-HYBRIDSCHWEISSEN DEMONSTRATORFERTIGUNG Werkstoff: API 5L X65 Bauteildimension: Wanddicke = 30 mm Rohrlänge = mm Außendurchmesser = mm Lage 1 (Laserstrahl-MAG-Hybridschweißen) Gegenlage (UP-Schweißen) 7

8 LASER-MSG-HYBRIDSCHWEISSEN DEMONSTRATORFERTIGUNG Prozess-Parameter: Laserstrahlleistung = 16 kw Lichtbogenleistung = 5,6 kw + 5,6 kw Vorschub = 1,6 m/min Y-Nahtvorbereitung: Steghöhe h = 15 mm + 5 mm Fase Lage 1 (Laserstrahl-MAG-Hybridschweißen) Gegenlage (UP-Schweißen) 8

9 LASER-MSG-HYBRIDSCHWEISSEN DEMONSTRATORFERTIGUNG Hybridgeschweißter Rohrdemonstrator 9

10 MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S700MC (10 MM) Schweißprozessentwicklung mit variierender induktiver Leistung P ind. P ind. = 0 kw P ind. = 20 kw P ind. = 40 kw Einfluss der induktiven Leistung auf die Schweißnahtverbindung Keine Schweißnahtunregelmäßigkeiten Laserleistung P L Schweißgeschwindigkeit Schweißnahtverbindung gemäß Bewertungsgruppe B nach EN ISO und DIN EN ISO Schweißparameter Drahtvorschubgeschwindigkeit Kantenvorbereitung Schweißzusatzmaterial 6 kw m/min 13 m/min 10 Y2-3mm CrNiMo 10

11 MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S700MC (10 MM) Einfluss der induktiven Leistung auf die Härte der Schweißnaht Härte [HV1] Schweißnahtoberseite 360 Härte [HV1] 340 Schweißnahtunterseite P ind. : kw 10 kw kw 30 kw kw Abstand [mm] Abstand [mm] Abnehmende Härtewerte mit zunehmender induktiver Leistung Modifizierung der Härte 11

12 Kerbschlagarbeit [J] MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S700MC (10 MM) Einfluss der induktiven Leistung auf die Zähigkeit im Kerbschlagbiegeversuch Kerblage im Schweißgut Prüftemperatur [ C] induktive Leistung [kw] Erfüllung der geforderten Kerbschlagarbeit (40 J bei -20 C) Zunehmende Kerbschlagarbeit mit zunehmender induktiver Leistung 12

13 MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG X70 (13,2 MM) Einfluss der max. induktiven Leistung von 40 kw auf die Schweißverbindung v f = 1,5 m/min v f = 1,5 m/min v f = 1,75 m/min 50 mm P 50 mm ind. = 0 kw 50 mm P ind. = 40 kw 50 mm P ind. = 40 kw Qualitativ hochwertige Schweißverbindungen Steigerung der Schweißgeschwindigkeit von 1,5 auf 1,75 m/min (14 %) 13

14 Kerbschlagarbeit [J] MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG X70 (13,2 MM) Einfluss der induktiven Leistung auf die Zähigkeit im Kerbschlagbiegeversuch Kerblage im Schweißgut (Normalmaßproben) Prüftemperatur [ C] induktive Leistung [kw] Sehr gute Kerbschlagarbeiten Abnehmende Kerbschlagarbeit mit zunehmender induktiver Leistung 14

15 MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S690QL (15 MM) Einfluss der induktiven Leistung auf die Schweißverbindung 100 mm P ind. =0 kw 100 mm P ind. =40 kw 100 mm 100 mm P ind. =0 kw P ind. =40 kw Mit zunehmender induktiver Leistung zunehmende Anlauffarben, WEZ Keine Unregelmäßigkeiten, keine Heißrisse 15

16 Härte [HV0,2] Härte [HV0,2] MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S690QL (15 MM) Einfluss der induktiven Vorwärmung auf die Härte der Schweißnaht GW WEZ SG WEZ GW WEZ WEZ kj/m 800 kj/m Abstand [mm] P ind. = 0 kw GW: Grundwerkstoff P ind. = 40 kw SG: Schweißgut Abstand [mm] Reduzierung der Härte in WEZ 16

17 Kerbschlagarbeit [J] Kerbschlagarbeit [J] MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S690QL (15 MM) Einfluss der induktiven Leistung auf die Zähigkeit im Kerbschlagbiegeversuch (610 kj/m) Schweißgut Prüftemperatur [ C] WEZ induktive Leistung [kw] induktive Leistung [kw] Erfüllung der geforderten Kerbschlagarbeit (30 J bei -40 C) Abnehmende Kerbschlagarbeit mit zunehmender induktiver Leistung Kerbschlagarbeit in der WEZ > Kerbschlagarbeit im SG 17

18 MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S690QL (20 MM) Einfluss der induktiven Leistung auf die Schweißverbindung Einlaufbereich Auslaufbereich P ind. 0 kw P ind. 40 kw Gute Wurzelerfassung im stabilen Bereich (Mitte der Schweißnaht) Keine Schweißnahtunregelmäßigkeiten (außer Wurzelrückfall), keine Heißrisse 18

19 MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S690QL (20 MM) Einfluss der induktiven Leistung auf die Schweißnahtgeometrie (Querschliffe) P ind. = 0 kw P ind. = 20 kw P ind. = 40 kw Günstiges Dendritenwachstum Zunehmende WEZ mit steigender induktiver Leistung Schweißparameter Laserleistung P L 6 kw Schweißgeschwindigkeit 0,75 m/min Drahtvorschubgeschwindigkeit 14 m/min Kantenvorbereitung 20 Y9mm Schweißzusatzmaterial CrNiMo 19

20 MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG S690QL (20 MM) Einfluss der induktiven Leistung auf die Härte Härtelinie im Abstand von 3 mm zur Schweißnahtoberseite und -unterseite GW WEZ SG WEZ GW GW WEZ SG WEZ Härte [HV10] GW Härte [HV10] 0 kw 20 kw 40 kw Abstand [mm] Abstand [mm] Reduzierung der Härte mit zunehmender induktiver Leistung Härte von 410 HV10 (0 kw) auf 350 HV10 (40 kw) in der WEZ 20

21 ZUSAMMENFASSUNG Erfolgreiche Schweißprozessentwicklung anhand der untersuchten Werkstoffe S700MC (t = 10 mm) X70 (t = 13,2 mm) S690QL (t = 15 mm) S690QL (t = 20 mm) X70 ( t = 23 mm) Für alle untersuchten Werkstoffe wurden qualitativ hochwertige Schweißverbindungen erzielt; X70 ( t = 23 mm) partiell Heißrisse Fertigung eines Demonstrators mit einer Länge von 1500 mm ( X70, t = 23 mm) Modifizierung der Härte mittels induktiver Vorwärmung Gute Kerbschlagarbeiten 21

22 22 MSG-LASER-HYBRIDSCHWEISSEN MIT INTEGRIERTER, INDUKTIVER VORWÄRMUNG - S690QL (20 MM)

23 DANKSAGUNG Gefördert durch: Projekt: DOVOR Projekt: Hybrilas Förderträger 23

24 ANSPRECHPERSONEN Laser-MSG-Hybridschweißen mit Hochleistungslaser Dipl.-Ing. Oliver Seffer Abteilung: Werkstoff- und Prozesstechnik Gruppe: Fügen und Trennen von Metallen Tel.: MSG-Laser-Hybridschweißen mit integrierter, induktiver Vorwärmung Dipl.-Ing. Rabi Lahdo Abteilung: Werkstoff- und Prozesstechnik Gruppe: Fügen und Trennen von Metallen Tel.:

25 25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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