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Within the framework of an AiF (The German Federation of Industrial Research Associations) project, investigations were conducted into the solidification behaviour of various high-alloy austenitic steels in laser and laser-GMA hybrid welding. For comparison purposes, reference was made to pure gas metalarc welding tests. It was possible to raise the welding speeds in hybrid welding compared with the individual gas metal-arc (GMA) and laser welding processes. The central subjects of the investigations were the type of solidification and the connected hot cracking behaviour during welding. In this respect, particular attention was paid not only to the kinetic effects during solidification which may be caused by the high solidification rates in laser and hybrid welding but also to their consequences.
Erstarrungsverhalten und Schweißeignung austenitischer Stähle beim Laserstrahl- und Hybridschweißen
(2006)
Eine Reihe nichtrostender austenitischer Cr-Ni-Stähle in der Nähe der eutektischen Rinne können beim Laserschweißen sowohl primär ferritisch als auch primär austenitisch erstarren. Speziell konzipierte Heißrißprüfungen zeigen eine Rißanfälligkeit der im Unterschied zum WIG-Schweißen mit großen Streckenenergien beim Laserschweißen mit kleinen Streckenenergien primär austenitisch erstarrenden Gefügebereiche. Die Ursache dafür ist, daß im Unterschied zu einer langsamen primär ferritischen Erstarrung bei einer schnellen Erstarrung über metastabile primär austenitische Zustände Restschmelzen entstehen können, die gegenüber dem Grundwerkstoff erhebliche temperaturabhängige Zähigkeitsverluste aufweisen. Es wird gezeigt, wie sich durch die Wahl auf den Werkstoff gezielt abgestimmter Schweißparameter die Heißrißsicherheit beim Laserschweißen weitestgehend sicherstellen läßt. Darüber hinaus werden Perspektiven vorgestellt, wie die Heißrißsicherheit bei Hybridschweißen durch die Auswahl vom Zusatzwerkstoffen und durch eine geeignete Prozeßführung zu erreichen ist.
Numerous externally loaded as well as self-restraint hot cracking test procedures have been developed over the years to evaluate soldidification crack phenomena. But the interpretation and the subsequent transfer of test results towards component weldments has still to be regarded as a decisive challenge. Some progress has been achieved by hypothesizing crack / no crack criteria referring to uniform and uniaxial loading of the solidification front during welding. But, as the present results show, solidification cracking significantly depends on the geometry of the solidification front, which has so far not been considered in the respective criteria. In this contribution, the position of solidification cracks is correlated with the positiondependent strain rates along the solidification front and with the positiondependent curvature of the weld pool. Especially at positions of high curvature, an increased rate of shrinkage can be predicted on the basis of a geometrical Rate of Feeding (ROF) Rate of Shrinkage (ROS) model, corresponding to the measured positions of the solidification cracks. The assumption of position-dependent strain and strain rates along the solidification front during Varestraint-Testing has been confirmed by means of numerical simulations.