SCHADENSANALYSE GEFÜGTER BAUTEILE

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1 SCHADENSANALYSE GEFÜGTER BAUTEILE Hon.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Böllinghaus Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung Unter den Eichen 87 D Berlin Tel.: Fax: web: INSTITUT FÜR WERKSTOFF- UND FÜGETECHNIK Hon.-Professur Schadensanalyse und Schadensprävention Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Universitätsplatz Magdeburg iwf@uni-magdeburg.de

2 Übersicht: Vorlesungsthemen I WS 2014/2015 SWS: 2V/1Ü Vorlesung 1 (2h) (2h) (2h) (2h) (2h) (2h) (2h) (2h) Thema Interaktion von Konstruktion, Werkstoff und Beanspruchung Grundsätzliche Auswirkungen des Fügens auf die Bauteilintegrität Vorgehensweise und Durchführung von Schadensanalysen Grundsätzliche Aspekte der Normung und Gewährleistungsfragen Fertigung gefügter Bauteile I Übersicht über Schäden und Imperfektionen Fertigung gefügter Bauteile II Kaltrisse Fertigung gefügter Bauteile III Heißrisse, Schäden an Laserschweißverbindungen Betrieb gefügter Bauteile I Einführung in typische Brucharten und topographien 2

3 Übersicht: Vorlesungsthemen II WS 2014/2015 SWS: 2V/1Ü Vorlesung 9 (2h) (2h) (2h) (2h) (2h) (2h) (2h) Schwerpunkte Betrieb gefügter Bauteile II Gewalt- und Schwingbruch von Schweißverbindungen, betriebssichere Auslegung von dynamisch-mechanisch beanspruchten Komponenten Betrieb gefügter Bauteile III Spezifische Korrosionsschäden an gefügten Bauteilen ohne mechanische Beanspruchung (Flächenkorrosion, Selektive Korrosion etc.) Betrieb gefügter Bauteile IV Spezifische Korrosionsschäden an gefügten Bauteilen ohne mechanische Beanspruchung (Lochkorrosion, Spaltkorrosion) Betrieb gefügter Bauteile V - Spezifische Korrosionsschäden an gefügten Bauteilen mit mechanischer Beanspruchung (Spannungsrisskorrosion, Schwingungsrisskorrosion) Spezielle Versagensmechanismen: Hydrogen Assisted Cracking und Liquid Metal Embrittlement Prüfung und Schadensvermeidung an gefügten Bauteilen (Online-Monitoring, Simulationsversuche), Bezüge zwischen Schadensanalyse und Komponentensicherheit (Prüfketten, Bauteiltransfer, Simulationsrechnungen) Wiederholung und Zusammenfassung 3

4 4 Schadensanalyse gefügter Bauteile Vorlesung VII Heißrisse und Schäden an Laserschweißverbindungen bearb eitet von: Dr.-Ing. Th. Böllinghaus VP u. Prof.

5 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Heißrissbildung (Hotcracking) Ursache: Mechanismen bis dato widersprüchlich bzw. ungeklärt Zusammenspiel dreier lokaler Einflussgrößen Risskritisches Gefüge Hotcracking? Werkstoff durchläuft während der ersten Phase der Abkühlung (SG) oder bei Wiedererwärmung (WEZ/GW) einen Temperaturbereich, Temperaturin dem er einen teigigen bereich (ggf. spröden) Zustand erreicht und an Festigkeit sowie insbesondere an Dehnungsfähigkeit verliert Mechanische Beanspruchung Werkstoffe mit großen Erstarrungs- oder Umwandlungsintervallen im Zustandsschaubild sind besonders gefährdet in Bezug auf Heißrissbildung, d. h. unter anderem, dass Seigerungen die Heißrissbildung unterstützen Umfangreiche Normen und Regelwerke zur Vermeidung von Hotcracking liegen bis dato nicht vor, Vermeidung beruht auf mehr oder weniger Empirie

6 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Arten von Heißrissen Erstarrungsrisse (Solidification Cracks) Wiederaufschmelzrisse (Liquation Cracks) Ductility Dip Cracks Schweißgut und Schmelzlinie Schmelzlinie und Wärmeeinflusszone Wärmeeinflusszone und Grundwerkstoff im Nahfeld Temperaturbereich Risskritisches Gefüge Mechanische Beanspruchung Einflüsse auf die Ausbildung Von Erstarrungsrissen (nach Cross) teilweise auch gültig für andere Heißrissarten

7 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Arten von Heißrissen Erstarrungsrisse Erstarrungsrisse im Werkstoff Ni Cr 28 FE Si Ce (2.4889)

8 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Arten von Heißrissen Wiederaufschmelzrisse Wiederaufschmelzrisse im Werkstoff Ni Cr 28 FE Si Ce (2.4889)

9 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Arten von Heißrissen Ductility Dip Cracks I Auftreten weiter entfernt vom Schweißgut in der Wärmeeinflusszone Entstehung in einem bestimmten Temperaturintervall über der Dehnung (hohe Dehnraten und kritischer Temperaturbereich für migrierende Korngrenze Abhängigkeit von der mechanischen Dehnrate und einem bestimmten Temperaturintervall, in dem der Werkstoff an Festigkeit verliert Wahl einer möglichst unempfindlichen Legierung DDC an einer migrierenden Korngrenze in der Schweißnaht einer Nickel- Basislegierung Ramirz, Lippold: New Insight into the Mechanisms of DDC..

10 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Arten von Heißrissen Ductility Dip Cracks II Ductility Dip Cracks im Werkstoff Ni Mo 27 (2.4615)

11 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Lage von Heißrissen

12 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Entstehung von Heißrissen Insitu-Untersuchungen InSitu-Aufnahmen der Entstehung und des Wachstums von Erstarrungsrissen

13 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Mechanismen der Heißrissbildung Theorie von Prokhorov Klassische Festigkeitslehre ist nicht anwendbar Einführung einer technologischen Festigkeit Legierung durchläuft ein Brittle-Temperature-Range (BTR) BTR max : Zusammenwachsen der Kristalle beginnt BTR min : Festigkeit der Korngrenzen reicht aus, um Spannungen zu übertragen Dehnungen verursachen Heißrisse im BTR Dehnungen setzen sich aus internen, externen Anteilen zusammen Technologische Sicherheit durch Abstand red zur kritischen Dehnung am Rande des oder im BTR Technologische Festigkeit nach Prokhorov

14 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Mechanismen der Heißrissbildung ROF-ROS Modell Feurer: Gießen von Aluminiumlegierungen Dynamische Konkurrenzsituation aus erstarrungsbedingter Volumenschrumpfung der Schmelze (Rate of Shrinkage ROS) im interdendritischen Raum und deren Kompensation mit nachfließender Schmelze (Rate of Feeding ROF) Rissbildung tritt ein für: ROF < ROS Entwicklung eines Heißrisskriteriums anhand der Gleichungen für ROF und ROS Berücksichtigung der Marangonikräfte beim Schweißen ROF-ROS Modell ROF und ROS als Funktion der Temperatur

15 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Mechanismen der Heißrissbildung Rappaz-Drezet-Gremaud Kriterium Kavitationsdruck der Schmelze zwischen den Dendriten wird unterschritten Mushy Zone der Schmelze ist thermomechanischen Scher- oder Zugdehnungen ausgesetzt, die zu einer Änderung des Volumens zwischen den Dendriten führen Zusätzliche Dehnungen durch Volumenänderungen infolge der Erstarrung Heißrissbildung, wenn unzureichender Nachfluss an Schmelze Analogie zum ROF-ROS Modell Entwicklung eines Heißrisskriteriums anhand einer Massebilanz in den interdendritischen Räumen Erweiterung des Modells durch Gleichungen zur Rückdiffusion (modifiziertes Scheil-Gulliver Modell) und für eine mögliche peritektische Umwandlung Illustration zum RDG-Kriterium

16 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Geringe Vergleichbarkeit Undefinierte Beanspruchungen, insbesondere der Schrumpfbehinderung Überwiegend Tests für Werkstoffrankings Kaum Bauteilübertragbarkeit Neues Heißrissprüfverfahren: Controlled Tensile Weldability (CTW) Test DIN-EN-ISO Part I III DVS Richtlinie 1004 Erweiterte Einteilung der Heißrissprüfverfahren

17 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Zug- und Biegeprüfung heißrissbehafteter Proben Entnahme entsprechender Zug- und Biegeproben

18 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Doppelkehlnahtprobe Heißrissprüfung durch Naht 2 mit 20 % geringerem Volumen Schrumpfbehinderung und Steifigkeit der Probe weitgehend undefiniert Qualitative Untersuchung der Naht auf Risse Manuelle Ausführung der Schweißverbindungen

19 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Zylinderprobe Heißrissprüfung durch Naht 2 mit 20 % geringerem Volumen Schrumpfbehinderung und Steifigkeit der Probe weitgehend undefiniert Wenig praxisnahe Probenform mit völlig anderer Wärmeableitung Qualitative Untersuchung der Naht auf Risse Manuelle Ausführung der Schweißverbindungen

20 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Ringnutprobe Ringsegmentprobe Circular Patch Test Jeweils recht aufwendige Heißrissprüfung Hohe Eigenbeanspruchung der Proben durch hohe Schrumpfbehinderung Evaluation (Circular Patch Test) durch Messung des Winkels zwischen Startpunkt und erstem Auftreten Erstarrungsrisses in Form eines Mittenrisses Wenig praxisnahe Temperatur- und Schweißnahtausführung

21 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Houldcroftprobe Unterschiedlich lange Schlitze in Nahtquerrichtung erzeugen verschieden große Beanspruchungen durch Schrumpfbehinderung in Nahtquerrichtung Schrumpfbehinderung ist weitgehend undefiniert

22 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Schlitzproben Unterschiedlich lange Schlitze in Nahtquerrichtung erzeugen verschieden große Beanspruchungen durch Schrumpfbehinderung in Nahtquerrichtung Hohe Eigenbeanspruchung der Proben durch hohe Schrumpfbehinderung

23 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Fisco Test Eine oder mehrere Schweißnähte werden in einem Spalt zwischen zwei eingespannten Blechen eingebracht Spaltform und weite definiert die Höhe der Beanspruchung Weitestgehend undefinierte Schrumpfbehinderung Vergleichstest

24 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung IRC (Instrumented Restraint Cracking) Test Entwickelt für die Prüfung der Resistenz gegen HACC, inzwischen als geeignet zur Prüfung der Resistenz gegen andere Rissarten Definierte Schrumpfbehinderung in Form des Einspanngrades On-Line Monitoring von F y, M x und M z Abnahme der Heißrissbildung mit zunehmendem Einspanngrad

25 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Sigmajig Test Heißrisstest für den Dünnblechbereich Vorspannung der Probe in einer Vorrichtung Untersuchung der Heißrissresistenz anhand der Grenzvorspannung Zunahme der Heißrissbildung mit zunehmender Streckenenergie

26 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung U-type Test Grundplatte mit zwei senkrecht angeordneten Einspannstegen Keine definierte Einspannung und Vorspannung

27 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Heißzugversuch nach Gleeble Definierte Erwärmungs- und Abkühlungszyklus einer Rundprobe in einer Schutzgaskammer Bestimmung der Null-Zähigkeitstemperatur (Probe weist keine Einschnürung mehr auf) Bestimmung der Null-Zähigkeitstemperatur (Aufschmelzung nahezu sämtlicher Korngrenzen) Größe dieses temperaturintervalls bestimmt die Heißrissresistenz des Werk- oder Zusatzwerkstoffes

28 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Hot Deformation Rate (HDR) Test Heißrissprüfung während der Herstellung einer Schweißnaht unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffes Bestimmung der Querverformungsgeschwindigkeit, bei der zuerst ein Makroriss erkennbar wird

29 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung PVR Test Heißrissprüfung während der Herstellung einer Schweißnaht mit zunehmender Zuggeschwindigkeit in Längsrichtung Bestimmung der kritischen Verformungsgeschwindigkeit durch Korrelation der Position des ersten Heißrisses mit der Zuggeschwindigkeit

30 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Varestraint Test Keine variablen Einspannbedingungen, daher ist die Bezeichung irreführend Zug der Probe während des Schweißens über eine Matrize Bestimmung der verschiedenen Risslängen, Rissanzahlen oder der der kritischen Dehnung, bei der zuerst Risse auftreten Eignung vornehmlich für Werkstoffrankings

31 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Modified Varestraint Transvarestraint (MVT) Test Pürfung in Nahtlängs- oder Nahtquerrichtung Zug der Probe während des Schweißens über eine Matrize Dehnung auf der Probenoberfläche lässt sich genauer bestimmen als im Varestraint Test Variation der Schweißgeschwindigkeit, der Dehngeschwindigkeit etc. Eignung vornehmlich für Werkstoffrankings

32 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Laserspezifischer Heißrisstest Entwicklung zur spezifischen Heißrissprüfung von Laserschweißungen Zug der Probe während des Schweißens über einen Dorn Ermittlung der kritischen Dehngeschwindigkeit, bei der erstmalig Heißrisse auftreten Variation der Schweißgeschwindigkeit, der Dehngeschwindigkeit etc. Eignung vornehmlich für Werkstoffrankings und zur Untersuchung des Einflusses von Erstarrungswechseln während des Laserschweißens

33 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung Variable Deformation Rate (VDR) Test Rotation eines Bleches mit variabler Winkelgeschwindigkeit um eine Kante Schweißbrenner bewegt sich während der Bewegung auf die Drehachse zu Effektive Deformationsrate nimmt kontinuierlich ab Ermittlung der kritischen Deformationsrate, bei der ein initiierter und fortlaufender Riss gerade gestoppt wird

34 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Prüfung KSLA Test Rotation der Proben in Form von zwei Röhren in entgegen gesetzter Richtung Reduktion der Winkelgeschwindigkeit während der Versuches Ermittlung der Geschwindigkeit, ab der kein Mittenriss mehr auftritt Kritische Rotationsgeschwindigkeit wird durch Kraftmessung bestimmt

35 IV. SCHÄDEN WÄHREND DER FERTIGUNG GEFÜGTER BAUTEILE Hotcracking Vermeidung Maßnahmen Höhere Schrumpfbehinderung unterdrückt seitliche Auweitung und Heißrissbildung Zusätzliche Wärmequelle unterdrückt seitliche Auweitung und Heißrissbildung Zusatzwerkstoffe mit kleineren Erstarrungsbzw. Umwandlungsintervallen Verringerung von Seigerungen durch Konzentrationsausgleich Geringere Badbreite und kürzerer Aufenthalt im kritischen Temperaturbereich Beachtung der Schrumpfbehinderung Zusätzliche seitliche Wärmequelle Besser geeignete Zusatzwerkstoffe Gezielte, meist langsamere Abkühlung Niedrigere Streckenenergie

36 Principle: Common austenitic stainless steel filler metals like 308L, 309L, 316L and 347 are designed to produce a small amount of ferrite in the otherwise austenitic deposit. Without ferrite, these weld metals tend to develop hot cracks. The engineer, supervisor and welder have the opportunity to reduce the designed ferrite content to near zero. The resulting cracks are not always easily detected.

37 Principle (continued): Austenite/ferrite balance is determined largely by chemical composition. Cr, Mo and Nb promote ferrite. Ni, C and N promote austenite. Cr, C and especially N cannot be entirely fixed by the filler metal producer. The welding procedure can easily change N, and in some cases it can also change Cr or C.

38 Ferrite in 308L Weld Metal

39 Little or No Ferrite in Austenitic Weld

40 Ni Equiv. = %Ni + 35(%C) + 20(%N) (%Cu) A WRC-1992 Diagram AF FA F Below this line, no hot cracking Cr Equiv. = %Cr + %Mo + 0.7(%Nb)

41 How to Convert Good Austenitic Stainless Steel Filler Metal into Bad Welds MMA / SMAW Draw a long arc - this will let air into the arc Nitrogen from the air becomes an alloying element Arc Length Effect 3.2 mm (1/8 in) E309L-17 Electrodes % N FN Short Arc (dragged) Long Arc (~8 mm)

42 How to Convert Good Austenitic Stainless Steel Filler Metal into Bad Welds GTAW, GMAW & Gas-Shielded FCAW Disturb the shielding gas by: Welding in a draft Placing exhaust device too close to the arc Nitrogen from the air becomes an alloying element Disturbed Shielding Gas (Long and DeLong, 1973) 1.6 mm (1/16 in) ER308L GMAW 1.14 mm (0.045 in) ER308L GMAW Weld Metal Proper Shielding Improper Shielding Proper Shielding Improper Shielding N, % FN

43 How to Convert Good Austenitic Stainless Steel Filler Metal into Bad Welds GMAW Use shielding gas containing significant amounts of CO 2 Weld deposit will pick up carbon as an alloying element Carbon added to the weld metal will reduce ferrite

44 0.045" ER308LSi Deposit Carbon, % Carbon Pickup from CO 2 in GMAW Wire % C "Spray" Short Circuiting Single Layer Short Circuiting % Carbon Dioxide in GMAW Shielding Gas

45 FN of 6-Layer Deposit of ER308LSi FN Loss due to CO 2 in Shielding Gas % Carbon Dioxide in Shielding Gas

46 How to Convert Good Austenitic Stainless Steel Filler Metal into Bad Welds GTAW Root Pass Use nitrogen purging along with: Open root, or Excessive purging pressure during welding Nitrogen from the purge enters the arc, becomes an alloying element How to Convert Good Austenitic Stainless Steel Filler Metal into Bad Welds SAW Use a flux that eats chromium Use a flux that adds carbon In dissimilar welding, use conditions that produce excessive dilution

47 Element C Mn Si Cr Ni Mo FN ER316L Flux Volts Undiluted Weld Metal (6 Layers) ST

48 Excessive Dilution in SAW 304L to Carbon Steel with ER309L Mild steel is web. 304L is flange. Arc penetrated into mild steel excessively. 0.8 FN resulted. Note sub-surface hot crack.

49 How to Convert Good Austenitic Stainless Steel Filler Metal into Bad Welds Self-Shielded FCAW Weld with short stickout. Weld with low wire feed speed. Weld with high voltage. Any of the above will make the arc longer, admitting more nitrogen. 2.4 mm (3/32 in) 308L FCAW-S Condition Standard Short ESO High Voltage Low Current Short ESO Low Current High Voltage ESO, mm (in) 32 (1-1/4) 19 (3/4) 32 (1-1/4) 32 (1-1/4) 19 (3/4) Current, amps Volts, DCEP N, % FN

50 MagneGage Fischer Feritscope

51 Conclusions The consumable manufacturer cannot absolutely guarantee weld metal ferrite. The welder, the supervisor and the engineer can affect the final weld metal ferrite content of the ferrite-controlled compositions such as 308L, 309L, 316L and 347. Low ferrite, such that primary austenite solidification takes place, can result in hot cracking. Hot cracks can be hidden. In situ ferrite measurement, with an instrument calibrated to AWS A4.2 or ISO 8249, is the best assurance that an error has not been made.

52 I. Einführung Optische Technologien Laserschweißen Automobilbau

53 I. Einführung Vorteile des Laserschweißens im Flugzeugbau

54 I. Einführung Vorteile des Laserschweißens im Schiffbau

55 Risse I. Einführung Vorteile des Laserschweißens lassen sich nur nutzen, wenn keine Schäden an den Verbindungen auftreten Akzeptanz des Laserschweißens ist nur gegeben, wenn möglichst fehlerfreie Verbindungen hergestellt werden können Typische Nahtfehler können spätestens im Betrieb zu einem Versagen der Laserschweißverbindung führen Qualitätssicherung dient in erster Linie zur Vermeidung von Schäden während der Fertigung, aber auch im Betrieb (kurzer Exkurs) Poren Spaltüberbrückung Positionierungsfehler

56 I. EINFÜHRUNG Exkurs in die Schadensanalyse >MATERIAL< WERKSTOFF >FAILURE< SCHADEN Hintergrund zum Verständnis des Auftretens von Schäden und der Möglichkeiten zur Vermeidung von Schäden, insbesondere im Betrieb >DESIGN< KONSTRUKTION? >LOAD< BEANSPRUCHUNG Institut für Schadensforschung und Schadensverhütung e. V. (ISSV) Jedes Bauteil ist während der Fertigung und während des Betriebes einem Zusammenspiel von Konstruktion, Werkstoff und Beanspruchung unterworfen Überschreitet die Beanspruchung für eine bestimmte Konstruktion das für den Werkstoff erträgliche Maß, kommt es zu einem Schaden

57 I. EINFÜHRUNG Schadensanalyse ist ein Teil der Werkstofftechnik und daher multidisziplinär Optische Technologien sind Schlüsseltechnologien Laser- und Hybridschweißen sind in der Bundesrepublik am weitesten entwickelt und ein Standortvorteil WERK- STOFF- TECHNIK Metallurgie des Laserschweißens WERKSTOFF- WISSENSCHAFT Kenntnis möglicher Schäden und ihrer Vermeidung ist der Schlüssel für den erfolgreichen Einsatz Schadensanalyse erfordert daher besondere Aufmerksamkeit

58 I. EINFÜHRUNG Ziel: Vermittlung der häufigsten Fehler beim Laserschweißen von Bauteilen und der Hintergründe von Schäden beim Laserschweißen = Vermeidung von SiF Hintergrund: Sicherheit gefügter Bauteile wird aufgrund des modernen Designs und des steigenden Kostendruckes immer bedeutender Technische Sicherheit ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal und ein erheblicher Standortvorteil der Bundesrepublik Deutschland Schäden an gefügten Bauteilen treten überwiegend während der Fertigung oder während des Betriebes auf, teilweise auch bei der Reparatur >Laser-relevanter< Bereich Werkstoffauswahl Fertigung/ Produktion VERHALTEN IM BETRIEB? FÜG-/ SCHWEISS- BARKEIT? Ersatz Idee und Konzeption Konstruktion /Design FÜG-/ SCHWEISS- BARKEIT? Betrieb Reparatur Recycling Bauteil-Lebenszyklus

59 I. EINFÜHRUNG Das Betriebsverhalten eines Bauteiles wird im wesentlichen nach seiner Resistenz gegen Versagen beurteilt also anhand der Interaktion W-K-B Bei der Fertigung oder bei der Reparatur geht es a priori um die Vermeidung von Fehlern und Imperfektionen infolge derer dann ein Versagen (entweder gleich oder später) eintreten kann dies lässt sich anhand der Laser-Schweißbarkeit beurteilen, wobei das Verfahren besondere Beanspruchungen verursacht Laser-Schweißbarkeit und Verhalten im Betrieb hängen über die Achse Werkstoff-Konstruktion miteinander zusammen Vermeidung von fertigungs- und betriebbedingten Schäden lässt sich unter besondere Beachtung von Konstruktion und Werkstoff realisieren WERKSTOFF VERFAHREN LASER- SCHWEISS- BARKEIT VERHALTEN IM BETRIEB BEANSPRUCHUNG Böllinghaus: BAM-Fachgruppe V.5 KONSTRUKTION

60 I. EINFÜHRUNG Schadensanalyse und Schadensprävention: Vermeidung eines plötzlichen Versagens durch Rissbildung ist besonders bedeutend Risslänge über einen gesamten Querschnitt = Bruch des Bauteiles Poren, Bindefehler etc. können ebenfalls zum Bruch führen Nachteil: Bruchoberflächen können sehr ähnlich sein und geben keinen direkten Hinweis auf Ursache des Versagens (Interaktion W-K-B) WERKSTOFF Böllinghaus: BAM-Fachgruppe V.5 VERFAHREN LASER- SCHWEISS- BARKEIT VERHALTEN IM BETRIEB BEANSPRUCHUNG Heißrisse (Kaltrisse) Poren Bindefehler Härterisse KONSTRUKTION? SCC (H?) Schwingriss Gewaltriss Thermisch bedingte Risse

61 15 mm I. Einführung Unterschied zwischen einer konventionellen und einer Laserschweißnaht Mischschweißgut reines Schweißgut aus dem Grundwerkstoff* GW WEZ SG 12,5 mm MAG-Schweißen 2,2 mm Laserstrahlschweißen 4 mm 1 mm

62 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Austenitische Stähle mit einer chemischen Zusammensetzung in der Nähe der eutektischen Rinne des Dreistoffsystems Fe-Cr-Ni können beim Laserschweißen einen Erstarrungswechsel von primär -ferritisch zu primär austenitisch unterworfen sein Typische Stähle sind: , , , etc. Grund 1: Hohe Aufheizgeschwindigkeit unterbindet die Entstehung von - Ferrit an der Schmelzlinie und es kommt zur Epitaxie von Austenit Grund 2: Hohe Abkühlungsgeschwindigkeit führt zur kinetischen Unterkühlung der Schmelze und zur Dendritenbildung

63 y C II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Entstehung einer konstitutionellen Unterkühlung der Schmelze Erstarrung bedeutet Konzentrationsunterschied (geringes Lösungsvermögen im festen Zustand) Anreicherung der Schmelze vor der Erstarrungsfront und Herabsetzung der Liquidustemperatur Abnahme der Liquidustemperatur je höher die die Anreicherung der Schmelze Erstarrungsintervall groß Unterkühlung der Schmelze groß T (C ) L 0 a ) b ) c ) C T q * 0 C * L V T z L J B T C C * 0 s d ) = C / C C* C 0 C C * T * L L C C 0 : Ausgangskonzentration C L* : Konzentration der Schmelze vor der Erstarrungsfront C * : Differenz der Konzentration von Schmelze zu Festphase an der Erstarrungsfront C: Differenz der Konzentration von Schmelze an der Erstarrungsfront zur Ausgangskonzentration T q : realer Temperaturverlauf T L : Liquidustemperatur bei C 0 T * : Temperatur an der Dendritenspitze T C : Unterkühlung der Schmelze J B : Massefluss durch Rückstoß des Legierungselements in die Schmelze L: Schmelze (Liquid) S: Festphase (Solid) : Sättigungsgrad der Schmelze vor der Erstarrungsfront, C/ C * Kurz, Fischer: Fundamentals of Solidification

64 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Unterkühlung der Schmelze und Dendritenbildung planares Wachstum zellulares Wachstum dendritisches Wachstum gleichachsig dendritisches Wachstum Zunehmende Abkühlungsgeschwindigkeit wirkt wie ein größeres Erstarrungsintervall Abnehmender Stoffaustausch Größere Unterkühlung Kinetische Unterkühlung Zwischen den Dendriten können sich Hohlräume bilden, in denen sich die unterkühlte Schmelze anreichert Hohlräume sind von der Restschmelze abgeschnitten (ROF-ROS-Mechanismus) Erstarrung ist mit einer Volumenkontraktion verbunden Nachführung der Schmelze ist unterbunden (ER, WAR)

65 T (K) T (K) II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Unterkühlung der Schmelze und Dendritenbildung Erstarrung langsam: Verteilungskoeffizient (also Abfall der Liquidustemperatur mit zunehmenden Nickelgehalt) ist für Schmelze+Austenit zunächst geringer als für Schmelze+ -Ferrit Wachstum des -Ferrits Zunehmende Erstarrungsgeschwindigkeit: Verteilungskoeffizient (also Abfall der Liquidustemperatur mit zunehmenden Nickelgehalt) ist für Schmelze+Austenit dann höher als für Schmelze+ -Ferrit Wachstum des Austenits Erstarrungswechsel ist bedingt durch die Temperatur an der Dendritenspitze Dendritenausbildung hängt vor allem von den Diffusionsmöglichkeiten ab je höher die Aktivierungsenergie, desto größer der Stoffaustausch und desto weiter die Diffusionswege (planare Erstarrungsfront) Kurz, Fischer: Fundamentals of Solidification Ni (at%) 2 4 T s Phasen in einer Fe-Ni-Legierung (oben) stabiles und metastabiles Phasendiagramm Temperatur an der Phasengrenze fest/flüssig in Abhängigkeit von der Erstarrungsgeschwindigkeit (unten) 6 T s +s T l T l Fe at % Ni 4 G = 10 K/m V (m/s) s 10 12

66 P + S wt % II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Elemente, die große Erstarrungsintervalle im entsprechenden Stoffsystem produzieren, unterstützen die Unterkühlung Bekanntestes Beispiel: System Nickel und Schwefel Heißrissgefahr steigt mit dem Schwefel- und Phosphoranteil Minimierung des Schwefel- und Phosphoranteils in den Werkstoffen 0,20 Cr äq = %Cr + %Mo + 1.5%Si + 0.5%Nb Ni = %Ni + 30%C + 0.5%Mn äq 0,16 0,12 Risse keine Risse rißanfällig gering rißanfällig nicht rißanfällig 0,08 0,04 0,00 1,0 1,2 1,4 Cr / Ni äq Einfluss von Cr äq /Ni äq und P- und S-Gehalt auf die Heißrissentstehung in austenitischen Stählen Kujanpaa et al.: Correlation between Solidification Cracking.. äq

67 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Heißrissbildung ist ein interaktiver Prozess der mechanischen Beanspruchung und der metallurgischen Beanspruchung in der Schweißnaht Dehnung Dehnung Baker et al.: Solidification Cracking.. Erklärung am einfachsten durch Betrachtung der ROF (Rate of Feeding) ROS (Rate of Shrinkage)

68 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Erstarrungsrisse Auftreten im Schweißgut Entstehung in einem bestimmten Temperaturintervall über der Dehnung (hohe Dehnraten und kritische Erstarrungsgeschwindigkeiten) Abhängigkeit von der Krümmung der Erstarrungsfront (Dendritenspitzen), der mechanischen Dehnrate und von dem Nachfluss der Schmelze Abhilfe: Änderung der Erstarrungsfront und der chemischen Zusammensetzung im Schweißbad (Hybridschweißen) Erstarrungsrisse im Werkstoff Ni Cr 28 FE Si Ce (2.4889)

69 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Wiederaufschmelzrisse Auftreten an der Schmelzlinie und in der unmittelbaren Wärmeeinflusszone Entstehung in einem bestimmten Temperaturintervall über der Dehnung (hohe Dehnraten und tiefe Erstarrungstemperaturen der Restschmelze) Abhängigkeit von der mechanischen Dehnrate und dem Nachfluss der Schmelze Abhilfe: Änderung der Erstarrungsgeschwindigkeit (langsamer Schweißen, ggf. Hybridschweißen) Abzugsgeschwindigkeit 20 mm/min Abzugsgeschwindigkeit 60 mm/min Wiederaufschmelzrisse in der WEZ des Werkstoffs nach Heißrisstest

70 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Ductility Dip Cracks (eigentlich Kriechrisse nicht relevant für Laserschweißen) Auftreten weiter entfernt vom Schweißgut in der Wärmeeinflusszone Entstehung in einem bestimmten Temperaturintervall über der Dehnung (hohe Dehnraten und kritischer Temperaturbereich für migrierende Korngrenzen) Abhängigkeit von der mechanischen Dehnrate und einem bestimmten Temperaturintervall, in dem der Werkstoff an Festigkeit verliert Wahl einer möglichst unempfindlichen Legierung DDC an einer migrierenden Korngrenze in der Schweißnaht einer Nickel- Basislegierung Ramirz, Lippold: New Insight into the Mechanisms of DDC..

71 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Controlled Tensile Weldability Test (ähnlich zu PVR-Versuch) CTW-Test, rechts mit Laser-Plasma-Pulver-Hybridschweißkopf (1) Probe, (2) Traverse/ Querhaupt, (3) Spindeln, (4) Getriebe, (5) Servomotoren

72 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Laser Specific Hot Cracking Test

73 III. Ausblasen der Schmelze Störung des Gleichgewichtes des Dampfdruckes und des Plasmadruckes Ausblasen der Schmelze verursacht vor allem Kerben auf der Nahtoberfläche Als Bindefehler gekennzeichnetes Ausblasen der Schmelze einer Laserschweißverbindung (DIN EN ISO 6520 Teil 1) Schweißen mit einem Hochleistungs-Faserlaser bei 20 kw Konsequenzen: Schwingrisse etc. Abhilfe: Wahl geeigneter Parameter

74 III. Ausblasen der Schmelze Kerben können zur Schwingungsrisskorrosion führen (Wärmetauscher ) Korrosionsschwingrisse in den Kerben einer Kehlnaht Schaden: Völlige Zerstörung eines Wärmetauschers McIntyre Bauteil: Einschweißungen im Ofenrohr Beanspruchung: korrosiv (meist undefinierte Medien und Betriebszustände) und überlagert dynamisch-mechanisch aufgrund von Temperaturwechseln Konstruktion: Ofenrohr mit mehrlagigen Einschweißungen Werkstoff: Unlegierter Stahl Primärschaden: Schwingungsrisskorrosion Ursache: Hohe wechselnde Spannungen Schadensvermeidung: Sichere Betriebszustände

75 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Hohlraum nach DIN EN ISO 6520 Teil 1: - geschlossener Hohlraum (kreisförmig oder unregelmäßig geformt) z.t. mit eingeschlossenen Gas im Inneren der Schweißnaht oder - offener Hohlraum an der Schweißnahtoberfläche (kann als Kerbe wirken) Arten sind Gaseinschlüsse, Poren oder Lunker Poren wirken selten als Kerben und werden daher meist in begrenztem Umfang zugelassen Hohlräume mit Zugang zur Nahtoberfläche können hingegen sehr wohl eine Kerbwirkung haben und zu Spannungskonzentrationen führen Poren in einer Laserschweißverbindung

76 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Bindefehler nach DIN EN ISO 6520 Teil 1: Unzureichende Bindung zwischen Schweißgut und Grundwerkstoff oder zwischen den einzelnen Schweißlagen bzw. Schweißraupen Arten: Flankenbindefehler, Lagenbindefehler, Wurzelbindefehler Konsequenzen: insbesondere Schwingrisse Abhilfe: Schweißparameter optimieren Bindefehler in einer Laserschweißverbindung Dilthey

77 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Schwingsriss infolge Bindefehler Schaden: Bruch von Ölrückführleitungen in einem Flugtriebwerk nach ½ bis 1 Jahr Bauteil: Rohrstutzen und Rohrflansche Beanspruchung: Dynamisch-mechanisch mit hohen Spannungskonzentrationen an Bindfehlern und überlagernd statisch-thermo-mechanisch (Reaktionsspannungen infolge Abkühlung nach dem Schweißen) sowie überlagernd metallurgisch infolge Alterung und Festigkeitsabfall nach Reparaturschweißung mit hoher Wärmezufuhr Konstruktion: V-förmige Stutzeneinschweißungen und ringförmige Kehlnähte Werkstoff: Aluminiumlegierung 6061-T6 (Heißrisse?) Primärschaden: Schwingungsrisse an Bindefehlern (Heißrisse?) und Alterung bei Reparaturschweißungen Ursache: Mangelhafte Ausführung der Schweißnaht und zu hohe Wärmeeinbringung bei der Reparatur Schadensvermeidung: Optimierung der Schweißprozeduren und Verbot von Raparturschweißungen ASM Handbook Volume 11 Failure Analysis and Prevention

78 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Ungenügende Durchschweißung nach DIN EN ISO 6520 Teil 1: Unterschied zwischen tatsächlichem und Solleinbrand Arten: ungenügender Wurzeleinbrand und Spikebildung (extrem ungleichmäßiger Einbrand mit sägezahnartigem Aussehen) Konsequenzen: insbesondere Schwingrisse Abhilfe: Schweißparameter optimieren oder Nacharbeiten Ungenügende Durchschweißung (keine Laserschweißnaht)

79 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Verbesserung der Nahtgeometrie durch Hybridschweißen CO 2 laser welding up to 6 mm at ca. 0.2 kj/mm and m/min GMAW at 50 -V joint up to 6 mm at 0.4 to 0.75 kj/mm and 0.7 to 075 m/min Laser (0.22 kj/mm, 1.3 m/min) LGMAW (0.32 kj/mm, 2.0 m/min) GMAW (0.76 kj/mm, 0.75 m/min) AISI , 6 mm, filler wire Thermanit JE308L Si LGMAW at 10 -V joint up to 6 mm at 0.3 to 0.4 kj/mm and 2.0 m/min Laser (0.19 kj/mm, 1.0 m/min) LGMAW (0.37 kj/mm, 2.0 m/min) GMAW (0.39 kj/mm, 0.75 m/min) AISI , 5 mm, filler wire Thermanit JE308L Si LGMAW offers higher welding speeds at reasonable heat inputs Laser (0.19 kj/mm, 1.5 m/min) LGMAW (0.40 kj/mm, 2.0 m/min) GMAW (0.66 kj/mm, 0.7 m/min) AISI 316L , 6 mm, filler wire Thermanit GE 316 L

80 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Verbesserung des Durchschweißens durch Hybridschweißen No penetration with Nd:YAG laser above 6 mm Sufficient penetration by coupling PPAW with Nd:YAG or CO 2 laser Smaller fiber diameters of the Nd:YAG laser might cause constricted cross sections and root reinforcements without increasing penetration Higher power densities not necessarily increase weld quality 304L 8 mm 304L 8 mm 304L 8 mm 304L 8 mm mm Nd:YAG 4.3 kw 0.8 m/min Nd:YAG- LPPAW 4.3 kw 0.8 m/min 220 A Nd:YAG- LPPAW 4.2 kw 600 µm-fiber 0.8 m/min 220 A Nd:YAG- LPPAW 4.2 kw 400 µm-fiber 0.8 m/min 220 A CO 2 - LPPAW 4 kw 0.8 m/min 150 A

81 CO 2 laser zero gap laser power 4.0 kw 2 m/min 150 A CO 2 laser 0.8 mm gap laser power 4.0 kw 2 m/min 150 A Nd:YAG laser zero gap laser power 4.2 kw 2 m/min 220 A Nd:YAG laser 0.7 mm gap laser power 3.5 kw 1.5 m/min 220 A IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Verbesserung der Spaltüberbrückung durch Hybridschweißen Good gap bridging capacities cause lower production costs by less preassembly efforts and weld preparation requirements during fabrication Weld metal is shifted more towards the root with increasing gap widths Weld shape is improved during CO 2 LPPAW with 8 mm gap Tendency to sag into the root with increasing gaps during Nd:YAG LPPAW 304L 5 mm

82 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Ausgleich von Kantenversatz durch Hybridschweißen Similarly to gap bridging, the tolerances against misalignment are of high practical relevance for rough industrial applications Misalignment of 1.0 mm will be levelled by application of Nd:YAG LPPAW and of 1.7 mm by application of CO 2 LPPAW at 5 mm thick 304 L butt joints 0.3 mm 1.1 mm 1.7 mm 2.1 mm CO 2 LPPAW of 5 mm 304L butt joints (4.0 kw, 2 m/min, 150 A)

83 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Vermeidung: Lasergerechtes Konstruieren Beispiel: Gasturbinengehäuse I Innengehäuse Mischergehäuse Gehäuseteile einer Gasturbine aus der Nickel-Basislegierung 617 Siemens Power Generation AG - Berlin

84 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Vermeidung: Lasergerechtes Konstruieren Beispiel: Gasturbinengehäuse II Elektrodenhandschweißen Laserschweißen Konstruktions- (Design-) Änderung der Gasturbinengehäuse Siemens Power Generation AG - Berlin Verbindungen können zu 80 % mit dem Laser geschweißt werden Reduktion der Fertigungszeit signifikant (17 Tage 5 Tage) Reduktion der Verweildauer signifikant (9 Monate 5 Monate) Beitrag zum Gesundheitsschutz (hochautomatisierter einlagiger Prozess) Zugang für zerstörungsfreie Prüfverfahren verbessert

85 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Vermeidung Schweißen verschiedener Stoßkonfigurationen mit Hybridschweißen The industrial application range for laser hybrid welding can significantly be widened, if the processes are not restricted to welding of butt joints Accepatble weld shapes can easily be achieved with Nd:YAG LPPAW at overlap joints and fillet joints at plates with different thicknesses Overlap joint of two 3 mm thick plates, 3.0 kw, 1.2 m/min, 170 A Different plate sizes (3 and 5 mm), 3.0 kw, 1.2 m/min, 170 A

86 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Vermeidung beim Out-of-Position Welding I Industrieller Anwendungsbereich des Laserschweißens kann durch das Schweißen in Zwangspositionen immer noch erheblich erweitert werden, zumal dadurch das komplizierte Bewegen der Bauteile unter dem Brenner bzw. Laserkopf entfällt Erster Schritt: Nd:YAG LPPAW in der PG und PF Position Erhöhung des Anstiegwinkels: 30, 60, mm Alloy mm Optimierung der Plasma-Düse, um das flüssige Schweißbad gegen Ablaufen zu stützen Set up für die Position PF (senkrecht-steigend) Set up für die Position PG (senkrecht fallend)

87 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Vermeidung beim Out-of-Position Welding II Plasma powder nozzle P L = 4.4 kw v S = 2 m/min I = 220 A Heat input per unit length 0.29 kj/mm 0.47 kj/mm P L = 3.0 kw v S = 1 m/min I = 200 A PF position

88 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen Vermeidung beim Out-of-Position Welding III P L = 4.4 kw v S = 2 m/min I = 220 A Heat input per unit length 2.9 kj/cm 4.7 kj/cm P L = 3.0 kw v S = 1 m/min I = 200 A 30 Plasma powder nozzle 60 Increasing inclination angle PG position 90

89 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen (Faserlaser) 20 mm Vergleich konventionelles (UP) Schweißen zum Laserstrahlschweißen mit einem 20 kw Faserlaser UP-Schweißung t= 31 mm 8 Lagen v s -0,5 m/min Laserstrahlschweißen t= 45 mm (30 mm Steg) 2 Lagen P L =19,5 kw v s -1,5 m/min Quelle: ISF

90 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen (Faserlaser) Faserlaser erlauben neue (sicherheitsrelevante) Anwendungen für erheblich größere Blechdicken Rohrturm für 2500 kw Anlage Turmhöhe: 60 m Durchmesser: 2,9 4,0 m Wandstärke: mm ITER-Kernfusionsreaktor Vacuum vessel sectors Material: 60 mm AISI 316 teleskopischer Hydraulikzylinder Bauteillänge : bis 13 m Durchmesser: 46mm 260 mm Wandstärke: mm Rohrleitungsbau Leitungslänge : km Durchmesser: 508 mm 1420 mm Wandstärke: 9 40 mm

91 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen (Faserlaser) Ausgleich von Kantenversatz beim Laser-Hybridschweißen von X65, t = 16 mm Gleiche Schweißparameter; Kantenversatz 0 bis 3 mm b = 0 mm b = 1 mm b = 2 mm b = 3 mm Angepasste Schweißparameter bei einem Kantenversatz von 2 mm Schweiß- geschw. erhöht Position des Hybridkopfs zum Stoß variiert

92 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen (Faserlaser) Heißriss an einem lasergeschweißten X70 Stahl Potenzielle Ursache Keyholegeometrie x X Keyholedynamik x X Erstarrungsschrumpfung Erstarrungsintervall Seigerungen x X Erstarrungsart x X Mikrostruktur x X Richtung des Kornwachstums x Einspannung x x X X Schweißprozessbedingt Werkstoffbedingt Konstruktionsbedingt Ursachen von Heißrissen (solidification flaws) und Zusammenhang mit der Einflusfaktoren nach Kristensen * REM-Aufnahmen der Bruchfläche einer Zugprobe d * J. K. Kristensen, Proc. of 7th iastk, Aachen, Germany (May 2001)

93 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen (Faserlaser) Konstruktive Vermeidung der Heißrisse beim Laser-Hybridschweißen am Rohr Rundnaht an einer Rohrverbindung mit Innenzentrierung (Einschweißungen) Abhilfe: Übergang von einer Blindnaht zu einer durchgeschweißten Naht

94 IV. Schweißnahtfehler und deren Konsequenzen (Faserlaser) Vermeidung von Flankenbindefehlern beim Laser-Hybridschweißen am Rohr Flankenbindefehler beim Laser-Hybridschweißen am 16 mm Blech mit 0,5 mm Spalt mögliche Abhilfe: Anwendung der Nahtverfolgungsensorik Kamera Laserdioden Hochleistungslaser Schweißstoß Quelle: University of Twente Konfiguration des optischen Sensors basiert auf strukturierten Beleuchtung und Triangulation. Zwei Laserdioden projizieren eine Linie auf dem Werkstück, die von der CCD Kamera überwacht wird

95 V. Regelwerk DVS-Richtlinie 3208

96 V. Regelwerk Sicherstellung der Produktqualität in der Strahlschweißtechnik (aktualisiert!!) Prüfung/Bewertung Schweißnahtprüfung DIN EN 910 Schweißnahtbewertung DIN EN ISO Schweißmaschinen DIN EN ISO Teile1-3 Betrieb Qualitätsmanagement DIN EN ISO 9000 QS-Anforderungen DIN EN ISO 3834 Teile 1-4 Qualitätsanforderungen Laserstrahlschweißtechnik Grundwerkstoffe DIN EN Schweißzusätze DIN EN ISO 2560 Personal Schweißaufsicht DIN EN ISO Bedienpersonal DIN EN 1418 Schweißverfahren/ Schweißanweisung DIN EN ISO

97 V. Regelwerk DVS-Richtlinie 1187

98 V. Regelwerk Übersicht über die Ausbildungsmodule zur Laserstrahlfachkraft nach Richtlinie DVS 1187

99 V. Regelwerk Unregelmäßigkeiten nach DVS-Merkblatt 3214

100 V. Regelwerk Ursachen und Abhilfemaßnahmen nach DVS-Merkblatt 3214

101 V. Regelwerk Leitfaden für Bewertungsgruppen von Strahlschweißverbindungen DIN EN ISO Teil 1 Schweißen Elektronen- und Laserstrahl- Schweißverbindungen Leitfaden für Bewertungsgruppen für Unregelmäßigkeiten Teil 1: Stahl ( ISO :1996 ) Deutsche Fassung EN ISO : 1996 DIN EN ISO ICS Deskriptoren: Schweißen, Elektronenstrahl, Laserstrahl, Verbindung, Stahl Welding - Electrons and laser beam welded joints, Guidance on quality levels for imperfections- Part 1: Steel (ISO : 1996; German version EN ISO : 1996 Soudage Assembleges soudés par faisceau d électrons et par faiscau laser, Guide des niveaux de qualité des défauts Partie 1: Acier (ISO : 1996 Diese Europäische Norm ist in zwei Teile gegliedert: - Teil 1: Stahl; - Teil 2: Aluminium und seine schweißgeeigneten Legierungen

102 V. Regelwerk Definition von Bewertungsgruppen Qualitätsmerkmale eines geschweißten Erzeugnisses werden in Bewertungsgruppen zum Ausdruck gebracht Bewertungsgruppen beziehen sich auf die Fertigungsqualität und nicht auf die Gebrauchstauglichkeit eines geschweißten Erzeugnisses. Sie gelten nur für eine jeweilige Schweißnaht und nicht für das gesamte Erzeugnis, d.h. es sind unterschiedliche BWG* für einzelne Schweißnähte eines Erzeugnisses möglich Festlegung der Bewertungsgruppen erfolgt in Abhängigkeit, der Beanspruchung, des Werkstoffes, des Betriebsverhaltens und der Fertigung

103 V. Regelwerk Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO 13 - Teil 1 Unregelmäßigkeit Bemerkungen Grenzwerte für die Unregelmäßigkeiten bei Bewertungsgruppen niedrig D mittel C hoch B Randkerben EN Verweis: h t h < 0,15 t oder 1mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend h < 0,1 t oder 1mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend h < 0,05 t oder 0,5 mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend Nahtüberhöhung EN Verweis: 502 t h Anzuwenden bei Überhöhung h < 0,2 mm + 0,3 t oder 5 mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend h < 0,2 mm + 0,2 t oder 5mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend h < 0,02 + 0,15 t oder 5 mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend der Oberraupe. Wurzelüberhöhung EN Verweis: 504 h t h < 0,2 mm + 0,3 t oder 5 mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend h < 0,2 mm + 0,2 t oder 5mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend h < 0,02 + 0,15 t oder 5 mm, aber immer der kleinere Wert ist zutreffend Gilt für einseitig geschweißte Verbindungen.

104 V. Regelwerk Prüfverfahren zur Qualitätssicherung von Strahlschweißverbindungen finden sich im DVS-Merkblatt 3210

105 Ergebnisse des Biegeversuches an einer Laserschweißung, Bruchflächeanalyse OTTO-VON-GUERICKE-UNIVERSITÄT MAGDEBURG Institut Quelle: Dilthey für Füge- und Strahltechnik

106 II. Erstarrungswechsel, Heißrissbildung und deren Konsequenzen Spannungsrisskorrosion in Lasernaht als Konsequenz einer Heißrissbildung Beispiel für eine Kombination eines Schadens während der Fertigung mit einem Schaden im Betrieb Weitere mögliche Konsequenzen sind u. a.: Schwingrisse, Gewaltbrüche (zuvor Klärung der Bruchbilder) Spannungsrisskorrosion ausgehend von einem Erstarrungsriss in einer Laserschweißnaht Böllinghaus, Herold: Hot Cracking Phenomena in Welds