Laserstrahlschweißen von Edelstählen. Vergleich zwischen Laserstrahl- und konventionellem Schweißen Prüfen und Bewerten

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1 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh Laserstrahlschweißen von Edelstählen Vergleich zwischen Laserstrahl- und konventionellem Schweißen Prüfen und Bewerten SLV München NL der GSI mbh Schachenmeierstraße München

2 GSI - Standorte in Deutschland Bielefeld Rostock Duisburg Hannover Berlin Düsseldorf (Hauptsitz) Halle Übach- Palenberg Fellbach München Mannheim Werkstätten/Büros

3 SLV München, Niederlassung der GSI mbh - Dienstleister auf dem Gebiet der Schweißtechnik Forschung und Entwicklung Neu- und Weiterentwicklung von Verfahren auf vielen schweißtechnischen Gebieten Simulation, Beratung, Technologietransfer Qualitätswesen Erteilung von Eignungsnachweisen, Zertifizieren von Qualitätsüberwachung, Prüfung, Abnahme von Bauprodukten, geschweißten Konstruktionen, Korrosionsschutz- und Spritzschichten Aus- und Weiterbildung Ausbilden von Schweißern, individuelle Schulungen, Qualifizieren und Zertifizieren von Führungskräften Internet-Info: Werkstofftechnik Zerstörende- und zerstörungsfreie Werkstoffprüfung im Rahmen von z.b. Werkstoffuntersuchungen, Verfahrensprüfungen, Schadensanalysen, Gutachten

4 Gliederung - Auswirkungen der Wärmeeinbringung am Beispiel Korrosion - Bewertungen von Laserstrahlschweißungen (z.b. Risse, Lunker, Poren, Bindefehler) - Nahtvorbereitung und Konstruktion - DIN EN ISO

5 Verarbeitung nach Zulassungsbescheid

6 Korrosionsformen Typische Korrosionsformen Lochkorrosion Spaltkorrosion Spannungsrisskorrosion (SpRK) interkristalline Korrosion (IK) - Kontaktkorrosion Andere Korrosionsformen flächige Korrosion, Muldenkorrosion Schwingungsrisskorrosion selektive Korrosion des Austenits oder Deltaferrits mikrobakterielle Korrosion

7 Spaltkorrosion WIG-Schweißnaht Spaltkorrosion durch Spalte Elektochemische Korrosion

8 Spaltkorrosion Vermeidung Vermeidung von Spalten gegenschweißen (Schutzgasschweißen) oder durchschweißen ggf. Spalte nachträglich abdichten (Kosten) bei Schraubverbindungen Verwendung von Kunststoffdichtungen

9 Spannungsrisskorrosion

10 Spannungsrisskorrosion Vermeidung (Eigen-) Spannungen reduzieren Spannungsarmglühen Strahlen (Glasperlen) Mo-legierte Stähle verwenden

11 Schweißen Zulässige und unzulässige Anlauffarben

12 Anlauffarben Zulässige und unzulässige Anlauffarben Bewertungsgruppe D - Beispiele 1 bis 7 Bewertungsgruppe C - Beispiele 1 bis 5 Bewertungsgruppe B - Beispiele 1 bis 3

13 Gliederung - Auswirkungen der Wärmeeinbringung am Beispiel Korrosion - Bewertungen von Laserstrahlschweißungen (z.b. Risse, Lunker, Poren, Bindefehler) - Nahtvorbereitung und Konstruktion - DIN EN ISO

14 Bewertung von Laserstrahlschweißverbindungen Die Bewertung von laserstrahlgeschweißten Verbindungen ist in der DIN EN für Stahl und in DIN EN für Aluminium geregelt. Das DVS- Merkblatt 3214 gibt zusätzlich Hinweise auf Fehlerursachen. Darin werden die folgenden Unregelmäßigkeiten bewertet und erläutert: Risse Endkraterrisse Poren Lunker Bindefehler Ungenügende Durchschweißung Randkerben Nahtüberhöhung Wurzelüberhöhung / Nahtdurchhang Kantenversatz Nahtunterwölbung Wurzelrückfall Schweißspritzer.

15 Risse Heißrisse / Automatenstahl / Automatenstahl Kaltrisse C45 25CrMo4

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

17 Gliederung - Auswirkungen der Wärmeeinbringung am Beispiel Korrosion - Bewertungen von Laserstrahlschweißungen (z.b. Risse, Lunker, Poren, Bindefehler) - Nahtvorbereitung und Konstruktion - DIN EN ISO

18 Laserstrahlschweißen - Produktentwicklung Planung, Einführung und Realisierung des Laserstrahlschweißens für ein neues Produkt - Massenfertigung Lasergerechte Konstruktion, Machbarkeitsuntersuchung (Werkstoff, Oberflächenbeschichtungen, mech.-techn. Eigenschaften) Auswahl Lasertyp, Laserstrahlquelle, herstellerbezogene Voruntersuchungen Werkstückhandhabung, Spanneinrichtung, Laserstrahlführung und -formung Schweißnahtvorbereitung, Qualitätssicherung der Vorprodukte Prozesssicherung und Werkstückqualität Gewichtung 30% 10% 20% 15% 25%

19 Nahtvorbereitung Nahtvorbereitung - I.d.R. mechanisch, auch durch Laserstrahlschmelzschneiden - hohe Genauigkeitsanforderung an den Fügespalt - vielfältige Gestaltungsmöglichkeit der Fügezone - Stumpfnaht - Überlappnaht günstig ungünstig - Kehlnaht

20 Nahtvorbereitung Toleranzanforderungen Überlappnaht Ohne Zusatzwerkstoff Mit Zusatzwerkstoff 0,2 s 0,5 s Mögliche Nahtunregelmäßigkeiten bei übermäßigen Abweichungen: - Nahteinfall aufgrund fehlenden Nahtmaterials bis hin zur Schmelzbadtrennung, Abhängigkeit von der Blechdicke! - besondere Problematik bei beidseitig verzinkten Blechen

21 Nahtvorbereitung - Toleranzanforderungen Stumpfnaht ohne Zusatzwerkstoff mit Zusatzwerkstoff 0,15 s 0,1 s 0,25 s 0,25 s 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

22 Nahtarten - Nahtgestaltung günstige Strahllage ungünstige Strahllage Energetisch günstiger, dünnes Blech auf dickes aufschweißen Günstiger, die Kante aufzuschmelzen (Abschmelzkante) Energetisch günstig, spanntechnisch z.t. schwierig Mögliche Rissproblematik am Kristallstoß in der Fugenmitte Ungünstige Fugenerfassung, Mögliche Kerbwirkung mit Rissbildung

23 Nachteile: Nahtarten - Nahtgestaltung Vorteile: - Geringe Genauigkeitsansprüche an das Führungssystem Werkstück Laserstrahl - Geringe Umlenkung des Kraftlinienflusses - Keine Kanten- bzw. Fugenerkennung erforderlich - Gute Bauraumausnutzung - 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

24 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: - 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

25 Gliederung - Auswirkungen der Wärmeeinbringung am Beispiel Korrosion - Bewertungen von Laserstrahlschweißungen (z.b. Risse, Lunker, Poren, Bindefehler) - Nahtvorbereitung und Konstruktion - Ausblick: DIN EN ISO

26 Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO Konstruktion Einkauf/ Vertrieb intern Norm als Dialoggrundlage Qualitätswesen Fertigung

27 Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO DEFINITIONEN Es ist zu beachten, daß sich die Normen ausschließlich auf die Fertigungsqualität der Erzeugnisse beziehen und nicht auf deren Gebrauchstauglichkeit. Die Absicht dieser Norm ist es, Bewertungsgruppen als verweisungsfähige Grunddaten festzulegen

28 Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO Bewertungsgruppen Gruppe D C B Anforderungen niedrig mittel hoch

29 Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO Bewertungsgruppen Welche Bewertungsgruppe im Einzelfall ausgewählt wird, hängt von vielen Einflußgrößen ab: Festigkeitsanforderungen, optische Anforderungen, Betriebsbedingungen Folgen eines Bauteilversagens, Fertigungsbedingungen etc. Eine höhere Schweißnahtgüte verursacht grundsätzlich höhere Kosten für Fertigung, Prüfung, Reparaturen...

30 Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO Risse Ordnungsnummer (ISO 6520) :100 Bemerkungen D C B Alle Arten von Rissen ausgenommen Mikrorisse (h l < 1 mm 2 ) Nicht zulässig Nicht

31 Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO Endkraterrisse Ordnungsnummer (ISO 6520) :104 Bemerkungen D C B örtlich zulässig Nicht zulässig

32 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit SLV München NL der GSI mbh Schachenmeierstraße München