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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.
Electromagnetic weld pool support system is illustrated successfully for hybrid laser arc welding of 20 -30 mm ferromagnetic Steels Welding of thick-walled steels in flat position and reduced welding velocities is possible Gap and misalignment between welded plates can be tolerated by use of this Technology Opportunity to reduce the laser beam power because of reduced welding velocity respectively increase of weldable material thickness with a 20 kW- fibre laser Mechanical properties of welds are in correspondence with requirements of Standards.
The paper describes an experimental investigation of the electromagnetic porosity reduction in partial penetration laser beam welding of 6 mm thick aluminum die casting AlSi9MnMg. The Investigation reveals that the usage of an electromagnetic field leads to a significant reduction of the porosity as well as to a surface smoothing of aluminum die casting. Based on the reference case without an electromagnetic influence, the porosity area was reduced gradually up to 76%.
Metallurgical pores as well as process pores were removed from the weld pool. Also the weld reinforcement was improved up to 78%. Best results were reached with a frequency of 4325 Hz and a magnetic flux density of 348 mT. Although a complete prevention of porosity was not achieved, the best weld seam reached a high quality and can be ranked in valuation group B of DIN EN ISO 13919-2:2001–12.
Hybrid laser-arc welding of thick-walled ferromagnetic steels with electromagnetic weld pool support
(2018)
The hybrid laser-arc welding (HLAW) process provides many advantages over laser welding and arc welding alone, such as high welding speed, gap bridgeability, and deep penetration. The developments in hybrid laser-arc welding technology using modern high-power lasers allow single-pass welding of thick materials. This technology can be used for the heavy metal industries such as shipbuilding, power plant fabrication, and line-pipe manufacturing. The obvious problem for single-pass welding is the growth of the hydrostatic pressure with increasing thickness of materials leading to drop-out of molten metal. This phenomenon is aggravated at slow welding velocities because of increasing weld seam width followed by a decrease of Laplace pressure compensating the hydrostatic pressure. Therefore, weld pool support is necessary by welding of thick materials with slow welding velocities. The innovative electromagnetic weld pool support system is contactless and has been used successfully for laser beam welding of aluminum alloys and austenitic and ferromagnetic steels. The support system is based on generating Lorentz forces within the weld pool. These are produced by an oscillating magnetic field orientated perpendicular to the welding direction. The electromagnetic weld pool support facilitates a decrease in the welding speed without a sagging and drop-out of the melt thus eliminating the limitations of weldable material thickness.
The hybrid laser arc welding (HLAW) process provides many advantages such as improved gap bridgeability, deep penetration and misalignment of edges, that is why the process is used increasingly in industrial applications e.g. shipbuilding, power plant industry and line-pipe manufacturing. The obvious encountered problem for single pass welding in flat position is the gravity drop-out at low welding velocities. With the usage of an electromagnetic weld pool support system, which is based on generating Lorentz forces within the weld pool, wide seams followed by reduced welding velocities could be achieved in this study leading to the realization of a gap bridgeability up to 1 mm, misalignment of edges up to 2 mm and a single pass weld up to 28 mm thickness with a 20-kW fibre laser. These developments expand the boundaries of the HLAW process for different industrial applications. As a result, less accurate preparation of the edges would be sufficient, which saves time for manufacturing.
EM-Schmelzbadunterstützung auch auf ferromagnetische Werkstoffe übertragbar
Erfolgreiche Kompensation des hydrostatischen Drucks von bis zu 20 mm dicken Werkstücken aus Duplex- und Baustahl
Erfolgreiche Porenreduktion beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckguss unter EM-Einfluss von bis zu 75 % Flächenanteil
Entfernung von großvolumigen Poren aus dem Schmelzbad
Einige kleine metallurgische Poren verbleiben im Schmelzbad aufgrund des Volumen-Flächenverhältnisses
Restporosität ist abhängig vom Ausgangsgasgehalt im Grundmaterial