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Using optical measuring to investigate the hot cracking susceptibility of laser welded joints
(2015)
Investigation of hot cracking susceptibility of laser welded joints of four austenitic steels
(2015)
In dieser Studie wurde die Heißrissanfälligkeit beim Laserstrahlschweißen für die Werkstoffe 1.4376, 1.4301 und 1.4828 mit Hilfe des CTW Test quantifiziert. Bei den Versuchen konnten Erstarrungsrisse in den Proben generiert werden. Zusätzlich können mit der Bildkorrelations-Technik die lokalen Dehnungen und Dehnungsraten während des Heißrisstests gemessen wer den. In Verbindung mit einem externen Diodenlaser zum Beleuchten der zu messende Oberfläche und lnterferenzfiltern an den Kameras konnten die DIC Messungen ohne optische Störungen durchgeführt werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Heißrissbildung bei einer externen Belastung von 3 % für die Stahlsorte 1.4376 zu erwarten ist. Für die Stahls orte 1.4301 beträgt dieser Grenzwert 2 % und 1,5 % für die Stahlgüte 1.4828. Außerdem ist zu beobachten, dass die Gesamtrisslänge mit zu nehmender äußerer Zugbeanspruchung steigt
Entwicklung eines Verfahrens zur Untersuchung der Heißrissresistenz lasergeschweißter Verbindungen
(2016)
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Strahlschweißtechnik signifikant weiterentwickelt und als effizientes und wirtschaftliches Werkzeug in der Industrie etabliert. Für die Untersuchung der Heißrissresistenz verschiedener Werkstoffe existieren zahlreiche eigen- und fremdbeanspruchende Tests. Diese wurden aber speziell für andere Schweißverfahren, insbesondere das Lichtbogenschweißen, konzipiert.
Daher besteht die Notwendigkeit eines geeigneten Heißrisstests, bei dem Werkstoffe realen Strahlschweißbedingungen ausgesetzt werden können. Die Entwicklung sowie die Standardisierung einer aussagekräftigen experimentellen Methode stellen einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Vermeidung von Heißrissen und damit für die Gewährleistung der Sicherheit von gefügten Bauteilen dar. Ziel der Forschungsarbeiten ist es, einen geeigneten Test zur effektiven Untersuchung der Heißrissanfälligkeit von lasergeschweißten Verbindungen zu konzipieren und zu entwickeln.
Using the novel optical measurement technique together with the optical flow algorithm, a twodimensional deformation analysis during welding has been conducted. This technique provides for the first time a measurement of the strain field locally in the immediate vicinity of the assumed solidification front. The described procedure of the opticalmeasurement allows to determine the real martial-dependent values of critical strain and strain rate characterising transition to the hot cracking during laser welding processes. The local critical strain that obtained in the assumed solidification showed that the local critical strain decreases as the strain rate increases. Moreover, this phenomenon has also been shown with results from the CTW-test, since the global strain decreases with an increase in the external strain rate.
In recent years, laser beam welding has found wide applications in many industrial fields. Solidification cracks are one of the most frequently encountered welding defects that hinder obtaining a safe weld joint. Decades of research have shown that one of the main causes of such cracks are the strain and the strain rate. Obtaining meaningful measurements of these strains has always been a major challenge for scientists, because of the specific environment of the measurement range and the many obstacles, as well as the high temperature and the plasma plume. In this study, a special experimental setup with a high-speed camera was employed to measure the strain during the welding process. The hot cracking susceptibility was investigated for 1.4301 stainless steel, and the critical strain required for solidification crack formation was locally and globally determined.
One of the main factors affecting the use of lasers in the industry for welding thick structures is the process accompanying solidification cracks. These cracks mostly occurring along the welding direction in the welding center, and strongly affect the safety of the welded components. In the present study, to obtain a better understanding of the relation between the weld pool geometry, the stress distribution and the solidification cracking, a three-dimensional computational fluid dynamic (CFD) model was combined with a thermo-mechanical model. The CFD model was employed to analyze the flow of the molten metal in the weld pool during the laser beam welding process. The weld pool geometry estimated from the CFD model was used as a heat source in the thermal model to calculate the temperature field and the stress development and distributions. The CFD results showed a bulging region in the middle depth of the weld and two narrowing areas separating the bulging region from the top and bottom surface. The thermo-mechanical simulations showed a concentration of tension stresses, transversally and vertically, directly after the solidification during cooling in the region of the solidification cracking.