FG Füge- und Schweißtechnik
Refine
Year of publication
- 2023 (4) (remove)
Document Type
Way of publication
- Open Access (2)
Keywords
Institute
Investigations on the thermal conditions during laser beam welding of high-strength steel 100Cr6
(2023)
This study examines the thermal conditions during laser beam welding of 100Cr6 high-strength steel using a TruDisk5000 disc laser with a continuous adjustable power range of 100–5000 W. Two parameter sets, characterized by laser power and welding speeds, were analyzed by thermal-metallurgical FE simulations to determine their impact on the thermal conditions during welding. The results show a significant shift in heat coupling, with conduction transitioning to deep penetration welding. As a result of the high welding speeds and reduced energy input, extremely high heating rates up to 2∙104 K s−1 (set A) respectively 4∙105 K s−1 (set B) occur. Both welds thus concern a range of temperature state values for which conventional Time-Temperature-Austenitization (TTA) diagrams are currently not defined, requiring calibration of the material models through general assumptions. Also, the change in energy input and welding speed causes significantly steep temperature gradients with a slope of approximately 5∙103 K mm−1 and strong drops in the temperature rates, particularly in the heat affected zone. The temperature cycles also show very different cooling rates for the respective parameter sets, although in both cases they are well below a cooling time t8/5 of 1 s, so that the phase transformation always leads to the formation of martensite. Since the investigated parameters are known to cause a loss of technological strength and conditionally result in cold cracks, these results will be used for further detailed experimental and numerical investigation of microstructure, hydrogen distribution, and stress-strain development at different restraint conditions.
Modern material-compatible joining methods for fiber-reinforced plastics require the heating of the materials. In order to predict the respective complex temperature fields and curves, the Fraunhofer IAP and the BTU
Cottbus-Senftenberg have developed numerical methods, which are able to simulate different radiation sources and process sequences as well.
Dieser Beitrag stellt eine Entwicklung, Anpassung und Untersuchung der neuartigen Pinschweißtechnik zur Verbindung thermoplastischer Faserkunststoffverbunde mit metallischen Fügepartnern dar. Die untersuchte Fügetechnik bietet, im Vergleich zu anderen Verfahren, neben einer einseitigen Zugänglichkeit, ein hohes Leichtbaupotenzial. An Multimaterial-Einzelpinverbindungen wurden die CMT-Pinschweißbarkeit charakterisiert und unterschiedliche Fügestrategien erprobt und ausgewertet. Als Bewertungskriterien wurden das Schweißgut sowie der Faser- und Matrixerhalt in Abhängigkeit von den Schweißparametern untersucht. Die mechanische Beanspruchbarkeit der mit dem entwickelten Verfahren erstellten Verbindungen wurde in Scherzugversuchen ermittelt. An Mehrpinverbindungen wurde anschließend der Einfluss der Pinanordnung untersucht und die Auslegung der Fügezone analysiert. Der Fügeprozess wurde an Funktionsmustern und diese wiederum in 3-Punkt-Biegeversuchen validiert sowie mit dem Kleben verglichen.
Neuartige, werkstoffgerechte Fügeverfahren für Faserkunststoffverbunde setzen die Erwärmung der Materialien voraus. Um die damit verbundenen komplexen Temperaturfelder und -verläufe vorherzusagen, haben das Fraunhofer IAP und die BTU Cottbus-Senftenberg numerische Verfahren entwickelt. Mit diesen können auch verschiedene Strahlungsquellen und Prozessabläufe simuliert werden.