TY - CONF A1 - Heßmann, Jennifer A1 - Bachmann, Marcel A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Joining dissimilar materials a new approach based on laser beam welding and melt displacement by electromagnetic forces N2 - In order to reduce weight of vehicles, the interest in multi-material-design has been growing within the last few years. For vehicles the combination of steel and aluminium alloys offers the most promising compromise between weight, strength and formability. Thermal joining of these dissimilar materials is still a challenge to overcome. A possible approach is a new joining technology, whereby a combination of laser beam welding and contactless induced electromagnetic forces are used to displace the generated melt of one joining partner into a notch of the other. This paper presents the working principle and shows numerical analyses to improve the understanding of this joining process. The simulations help to calculate the thermal development of the joining partners, which is important for the formation of intermetallic phases. Furthermore, the calculation of the time required for a complete displacement is possible. The numerical results are validated by experimental results. T2 - LiM 2021 CY - Online meeting DA - 21.06.2021 KW - Joining dissimilar materials KW - Laser beam welding KW - Electromagnetic forces KW - Steel and aluminium PY - 2021 SP - 1 EP - 9 PB - Wissenschaftliche Gesellschaft Lasertechnik e.V. (WLT) AN - OPUS4-52978 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Heßmann, Jennifer A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Bachmann, Marcel T1 - An electromagnetic approach to dissimilar metal welding N2 - To save weight without affecting the functional properties of vehicles, heavy materials must be replaced with lighter alternatives.Modern lightweight concepts have therefore been developed, featuring multi-material designs that require the joining of dissimilar materials.One new possible approach for the joining of dissimilar metals is based on laser welding and melt displacement by contactless induced electromagnetic forces. KW - Joining dissimilar materials KW - Laser beam welding KW - Electromagnetic forces KW - Steel and aluminium PY - 2021 SP - 1 EP - 5 AN - OPUS4-53373 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Avilov, Vjaceslav A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laserstrahlschweißen dicker Stahlplatten mit elektromagnetischer Schmelzbadunterstützung N2 - Das bislang zur Vermeidung unzulässiger Wurzelüberhöhungen beim Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen bzw. austenitischem Stahl eingesetzte Verfahren der elektromagnetischen Schmelzbadstütze konnte innerhalb der vorliegenden Untersuchung erfolgreich zur Kompensation des hydrostatischen Druckes von ferromagnetischen Stählen übertragen werden. Es wurden dabei Laserstrahlschweißversuche in PA-Position an bis zu 20 mm dickem Duplexstahl 1.4462 sowie Baustahl S235JR durchgeführt. Unter konstanten Schweißparametern wurden Durchschweißungen generiert. Dem hydrostatischen Druck wurde unter Verwendung der Technologie zur elektromagnetischen Schmelzbadunterstützung durch Variation der Oszillationsfrequenz und der AC-Leistung des Magnetsystems entgegengewirkt. Zunächst konzentrierten sich die Versuche auf den Duplexstahl 1.4462, welcher jeweils aus 50 % Ferrit und Austenit besteht. Hierbei konnte festgestellt werden, dass zur idealen Kompensation von 15 mm bei einer Frequenz von 1,7 kHz eine AC-Leistung von 1,6 kW erforderlich ist, die Schweißnähte aber bereits bei einer AC-Leistung von ca. 0,8 kW in die Bewertungsgruppe B der DIN EN ISO 13919-1:1996-09 eingeordent werden können. Zur idealen Kompensation des hydrostatischen Druckes bei 20 mm dickem Duplexstahl war eine um 20 % höhere AC-Leistung notwendig. Im Anschluss an die Versuche mit dem Duplexstahl wurden die Untersuchungen auf bis zu 20 mm dicke Proben aus Baustahl S235JR erweitert. Für 15 mm konnten die Schweißnähte bei einer Frequenz von 1,7 kHz ab einer AC-Leistung von 1,3 kW in die Bewertungsgruppe B eingeordnet werden. Zur idealen Kompensation von 20 mm dickem Baustahl war eine AC-Leistung von 1,6 kW bei einer Frequenz von 636 Hz nötig. Mit steigender AC-Leistung konnte in allen Versuchsreihen eine sukzessive Verringerung der Wurzelüberhöhung demonstriert werden. T2 - Assistentenseminar 2016 der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS CY - Paewesin, Germany DA - 05.09.2016 KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Laserstrahlschweißen KW - Ferromagnetischer Stahl PY - 2018 SN - 978-3-96144-025-2 VL - 339 SP - 38 EP - 43 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-44302 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Heßmann, Jennifer A1 - Bachmann, Marcel A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Numerical and experimental investigation of controlled weld pool displacement by electromagnetic forces for joining dissimilar materials N2 - In order to reduce CO2 emissions, an increasing interest in lightweight construction exists in the automotive industry, especially the multi-material-design approach. The main construction materials here are steels and aluminium alloys. Due to their different physical material properties and limited mutual solubility, these two materials cannot be joined thermally without difficulty. This paper presents a new joining approach for dissimilar materials. It uses electromagnetic displacement of a laser-generated melt pool to produce overlap joints between 1 mm steel (1.0330) and 2 mm aluminium alloy (EN AW 5754). Contactless induced Lorentz forces are generated by an alternating current (AC) magnet system. The controlled displacement of the aluminium alloy melt into the hole of the overlying steel sheet is investigated through numerical and experimental studies. The numerical results are compared with cross sections and thermocouple measurements. For the first time, it is possible to achieve a reproducible controlled melt pool displacement on thin sheets to produce overlap joints between dissimilar materials. KW - Displacement KW - Laser beam welding KW - Dissimilar materials KW - Joining technology KW - Electromagnetic field KW - Lorentz force KW - Numerical investigation PY - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-516640 VL - 10 IS - 11 SP - 1447 EP - 1462 PB - MDPI CY - Basel, Schweiz AN - OPUS4-51664 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Einsatz einer elektromagnetischen Schmelzbadstütze beim Laserstrahl-(Hybrid)schweißen dickwandiger Stahlbauteile N2 - Die experimentellen Untersuchungen innerhalb dieses Berichtes zeigen die erfolgreiche Anwendung einer elektromagnetischen Schmelzbadstütze beim Laser-strahl(hybrid)schweißen von ferromagnetischen Stäh-len mit einer Werkstückdicke von bis zu 20 mm. Bis-lang wurde dieses System zur Kompensation des hydrostatischen Druckes von Aluminiumlegierungen und austenitischen Stählen eingesetzt. Zunächst wur-den die Versuche an Duplexstählen vorgenommen, die jeweils zur Hälfte aus Austenit und Ferrit bestehen. Im Anschluss daran wurden die Versuche auf bis zu 20 mm dicke Werkstücke aus Baustahl erweitert. In-nerhalb der Versuchsreihen wurden die AC-Leistung sowie die Oszillationsfrequenz variiert. Für Werk-stückdicken von 15 mm war eine AC-Leistung von ca. 1 kW notwendig, um die Wurzelüberhöhung in die Bewertungsgruppe B der für laserstrahlgeschweißten Stähle gültigen DIN EN ISO 13919-1:1996-09 einord-nen zu können. Mit zunehmender AC-Leistung wird die Wurzelüberhöhung sukzessive reduziert. Nach erfolg-reicher Erweiterung auf ferromagnetische Werkstoffe wurde die Anwendung der Technologie für das Laser-strahlhybridschweißen demonstriert, indem praxisrele-vante Y-Nähte an 20 mm dicken Baustählen ohne Wurzelüberhöhung einlagig in Wannenlage geschweißt wurden. Trotz der Beeinflussung des Lichtbogens durch das oszillierende Magnetfeld sowie des zusätz-lich zum hydrostatischen Druck zu berücksichtigenden Lichtbogendruckes wurde eine ideale Kompensation auf der Wurzelseite erzielt. Die Erweiterung des Anwendungsspektrums der elekt-romagnetischen Schmelzbadstütze auf ferromagneti-sche Werkstoffe sowie auf das Laserstrahlhybrid-schweißen eröffnet für zukünftige industrielle Anwen-dungen ein großes Potenzial. Das einlagige Schwei-ßen dickwandiger Bauteile mittels Hochleistungslasern wird in Kombination mit der elektromagnetischen Schmelzbadstütze attraktiver. In nachfolgenden Un-tersuchungen wird der Einsatz der elektromagneti-schen Schmelzbadstütze beim Laserstrahlhybrid-schweißen von Pipelinestählen angestrebt, v. a. im Hinblick auf die Spaltüberbrückbarkeit und der me-chanisch-technologischen Eigenschaften der Schweißverbindungen. Zudem ist beim Schweißen von Duplexstählen der Einsatz von Zusatzwerkstoffen zu berücksichtigen, um das Gleichgewicht zwischen austenitischer und ferritischer Phasen zu stabilisieren. T2 - DVS Congress 2017 CY - Düsseldorf, Germany DA - 26.09.2017 KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Ferromagnetischer Stahl KW - Laserstrahl-(Hybrid)schweißen PY - 2017 SN - 978-3-96144-008-5 VL - 337 SP - 331 EP - 336 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-42312 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Spranger, Felix A1 - Bachmann, Marcel T1 - Localized laser dispersing of titanium-di-boride with pulsed fiber laser N2 - In this paper, titanium-di-boride is dispersed on a cold-working tool steel by use of a pulsed fiber laser with high beam quality to produce separated and elevated surface features. The potential to adjust the geometry as well as the mechanical properties of the produced structures in dependence on the process parameters (pulse power, pulse duration) is described by means of metallographic and topographical investigations. It can be ascertained that very hard (hardness > 1000 HV1) surface features of different shape (spots and short lines) can be produced. They are characterized by a fine-grained microstructure resulting from a rapid solidification and finely dispersed TiB2 particles. Finally, the paper proposes different applications for this structuring technique. T2 - ICALEO 2017 - International congress on applications of lasers & electro-optics CY - Atlanta, GA, USA DA - 22.10.2017 KW - Laser dispersing KW - Titanium-di-boride KW - Surface structuring KW - Laser implantation PY - 2017 SN - 978-1-940168-1-42 SP - Paper 118, 1 EP - 9 AN - OPUS4-42868 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lange, Fritz A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Numerical simulation of the weld pool dynamics during pulsed laser welding using adapted heat source models N2 - A transient simulation including the impact of the laser energy, the melting of the metal and the development of the weld pool was conducted to observe the evolution of the vapor capillary and the solidification of the melt in pulsed laser beam welding of AISI 304 steel. The phase field method was implemented to investigate the evolution and behavior of the liquid-gas interface during welding and to describe the condensed and vapor phases. The effects of phase transition, recoil pressure, thermo-capillary and natural convection, vaporization and temperature dependent material properties were taken into account. A Gaussian-like heat source under consideration of the Fresnel absorption model was used to model the energy input of the laser beam. The heat source model was extended by a newly developed empirical approach of describing multiple beam reflections in the keyhole. To validate this new model, the numerical results were compared to experimental data and good agreement regarding the size and shape of the weld pool was observed. T2 - LANE Conference 2018 CY - Fürth, Germany DA - 03.09.2018 KW - Pulsed laser beam welding KW - Weld pool dynamics KW - Multiple reflections KW - Vaporization PY - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-458749 SN - 2212-8271 VL - 74 SP - 679 EP - 682 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-45874 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -