OSA


Förderkennzeichen: MF160073
Projektlaufzeit: 01.02.2017 bis 31.07.2019

Optimierung von Schweißdüsen mittels additiver Fertigung

Aktuell stellen Schweißgasführungskonzepte im Bereich der konventionellen Schweißtechnik und der Lasermaterialbearbeitung immer einen Kompromiss dar, um in Abhängigkeit der Schweißnaht, der Bauteilgeometrie und des Verfahrens ein möglichst großes Spektrum an Schweißaufgaben abdecken zu können. Dieser Kompromiss führt aber in der Praxis dazu, dass bei speziellen schweißtechnischen Anwendungen und Bauteilen Probleme bei der Schutzgasabdeckung auftreten können, die fehlerhafte Schweißnähte zur Folge haben. Vor allem im Bereich des Fügens von schutzgassensiblen und gasaufnahmeempfindlichen Werkstoffen wie Titan oder Nickelbasislegierungen, ist eine konstante Schutzgasatmosphäre umzusetzen, um eine qualitätsgerechte Schweißnaht zu gewährleisten.

Wesentlicher Inhalt des Projekts ist es, die Vorteile der additiven Fertigungsverfahren – vor allem die hohe Anzahl der konstruktiven Freiheitsgrade – auszunutzen, um Gasdüsen mit einer hochwertigen Prozess-/Schutzgasabdeckung für das Laserstrahlschweißen herzustellen. Gleichzeitig soll mittels einem funktions- und prozessangepassten Design, sowie einer modularen Bauweise eine gute Zugänglichkeit des Bauteils ermöglicht werden. Um eine qualitätsgerechte Verbindung zu erzielen, wird der Einfluss von Rauheit und Geometrie auf die Strömungseigenschaften untersucht. Neben dem Düsendesign und den daraus resultierenden Konturuntersuchungen wird der Einfluss der Oberflächenrauheit auf das Ausströmungsverhalten qualifiziert. Abgesehen von den genannten Vorteilen wiesen Oberflächen von laserstahlgeschmolzenen Bauteilen verfahrensbedingt eine  höhere Rauheit gegenüber konventionellen Verfahren auf.

Aktueller Stand

Parallel zu den Schweißversuchen mit konventionellen Schutzgasdüsen wurde eine erste prozessangepasste Schutzgasdüse untersucht um grundsätzlich das enorme Potenzial spezieller Düsen und ihrer Leistungsfähigkeit festzustellen. Bei der Verwendung einer konventionellen Schutzgasdüse ist die Topologie der Naht mangelhaft. Durch die ungenügende Schutzgasabdeckung werden Anlauffarben hervorgerufen  und das Schweißgut kühlt unkontrolliert ab.

Ein weiteres Indiz für eine Durchmischung des Schutzgases mit der umgebenden Atmosphäre war anhand des Gefüges erkennbar. Bei einer konstanten Schutzgasatmosphäre stand aufgrund der angepassten Strömungsverhältnisse der im Prozessgas vorhandene Wasserstoff länger zur Verfügung, was anhand des gröberen Gefüges sichtbar ist.

Parallel zu den Schweißversuchen mit konventionellen Schutzgasdüse wurde eine erste prozessangepasste Schutzgasdüse untersucht um grundsätzlich das enorme Potenzial spezieller Düsen und ihre Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den konventionellen darzustellen. Bei der Verwendung einer konventionellen Schutzgasdüse ist die Topologie der Naht mangelhaft, siehe Abbildung 2. Anlauffarben werden hervorgerufen durch die ungenügende Schutzgasabdeckung und das Schweißgut kühlt unkontrolliert ab. Mittels mechanischer oder nass-chemischer Nachbearbeitung der Schweißnaht, lassen sich die entstanden Anlauffarben entfernen.

Ein weiteres Indiz für eine Durchmischung des Schutzgases mit der umgebenden Atmosphäre ist anhand des Gefüges erkennbar. Bei einer konstanten Schutzgasatmosphäre steht dem Prozess, auf Grund der angepassten Strömungsverhältnisse, der im Prozessgas vorhandene Wasserstoff länger zur Verfügung, was anhand des gröberen Gefüges sichtbar ist.