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Das Laserstrahl-Lichtbogen-Hybridschweißverfahren kombiniert Laserstrahl- und Lichtbogenschweißverfahren in einem gemeinsamen Schmelzbad. Das Verfahren wurde Ende der 70er Jahre entwickelt, um die Synergieeffekte der Schweißprozesse effektiv zu nutzen. Durch die hohe Strahlungsintensität des Laserstrahls werden hohe Einschweißtiefen erreicht. Es ist möglich, die Anzahl der Schweißlagen zu reduzieren und somit die thermische Belastung des Grundwerkstoffes zu senken, da der Wärmeeintrag verringert wird. Die Überbrückung von Spalten und Kantenversatz kann durch die Zufuhr eines geschmolzenen Zusatzdrahtes durch das MSG-Verfahren erreicht werden. Der Zusatzdraht kann zudem das metallurgische Gefüge positiv beeinflussen. Daher ist das Laser-Hybridschweißverfahren ideal für das einlagige Schweißen von Dickblechen und wird bereits erfolgreich in der Schiffbauindustrie zum Schweißen von Blechen mit einer Dicke von bis zu 15 mm verwendet. Obwohl Hochleistungslaser heutzutage bereits im Multi-Kilowatt-Bereich verfügbar sind, sind sie für den industriellen Einsatz nur auf Stahlbleche mit einer Dicke von max. 15 mm geeignet. Hohe Abkühlgeschwindigkeiten, gravitationsbedingtes Austropfen beim einlagigen Schweißen von Dickblechen, Prozessinstabilitäten bei höheren Laserleistungen und Schweißnahtimperfektionen wie Rissbildung sind einige Faktoren, die den Einsatz von Laser-Hybridschweißtechnologien aktuell begrenzen. Ohne eine Badstütze ist eine Verringerung der Schweißgeschwindigkeit und somit der Abkühlgeschwindigkeit aufgrund unzulässiger Wurzelüberhöhungen oder gravitationsbedingtem Austropfen nicht möglich. Bei herkömmlichen Badstützen ist es allerdings erforderlich, dass sie mechanisch befestigt und die Wurzel entfernt oder nachbearbeitet werden muss. In dieser Arbeit wird als Alternative das innovative Konzept der elektromagnetischen Schweißbadsicherung vorgestellt und die Fähigkeiten dieses Verfahrens erläutert.

Das Unterpulverschweißen (UP) ist das Lichtbogenschweißverfahren mit der höchsten Abschmelzrate. Beim Schweißen von dicken Blechen ist dieses Verfahren jedoch besonders für die Wurzellage von Nachteil. Voll-ständiges Umschmelzen ohne extremen Wurzeldurchhang oder ein Austropfen der Schmelze ist ohne weitere Hilfsmittel schwer zu erreichen. Aus diesem Grund werden Pulver-, Kupfer-, keramische Badstützen oder Ble-che zur Vermeidung des Wurzeldurchhangs verwendet. Bei der Verwendung von Kupfer- oder Keramikstützen beeinflusst beispielsweise die Diffusion chemischer Elemente in die Schweiß- oder Schmelzlinie die mecha-nischen Eigenschaften der Schweißnaht. All diese Badstützen erfordern zusätzliche Schritte zur Vorbereitung und Entfernung sowie zur Reinigung der Schweißwurzel. Die Verwendung einer elektromagnetischen Bad-stütze hat dagegen viele Vorteile. Der Magnet kommt nicht mit dem Werkstück in Kontakt, sodass ein zusätz-licher Schritt des Entfernens nicht erforderlich ist. Versuche mit Laserstrahlschweißen oder Laserhybrid-schweißen haben bereits erstmalig gezeigt, dass Blechdicken bis 30 mm einlagig einseitig geschweißt werden können und zusätzlich ein Spalt oder Kanterversatz von bis zu 2 mm überbrückt werden können. In dieser Arbeit wird die elektromagnetische Badstütze für den UP-Prozess eingesetzt. Die Wurzellage wird an 15 mm dicken Blechen mit einer Spaltgröße von 2 mm geschweißt. Die Verwendung eines elektromagnetischen Sys-tems stellt hier sicher, dass die Schmelze nach oben gedrückt und in Position gehalten wird. Ferner kann die Schweißtiefe entsprechend den magnetischen Parametern angepasst werden. Dieses Verfahren kann die Produktivität im Schweißbereich von vielen Betrieben deutlich steigern und Kosten gleichzeitig senken und kann dazu beitragen, diese Arbeitsplätze in Deutschland zu sichern.

Bislang kommt das Laserstrahlschweißen bzw. Laserhybridschweißen hauptsächlich bei Dickblechen mit einer Wandstärke von bis zu 15 mm zum Einsatz. Für Anwendungen über 20 mm war dieses Verfahren aufgrund einiger Herausforderungen bisher nur bedingt realisierbar. Die von der Ausgründung WeldNova GmbH der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelte Schweißbadsicherung ermöglicht nun ein einlagiges Schweißen von bis zu 40 mm Wandstärken mit einer Laserleistung von bis zu 20 kW.

Laser-based Powder Bed Fusion of Metal (PBF-LB/M) is a broadly used metal additive manufacturing (AM) method for fabricating complex metallic parts, whose sizes are however limited by the build envelope of PBF-LB/M machines. Laser welding arises as a valid joining method for effectively integrating these AM parts into larger assemblies. PBF-LB/M components must usually be stress-relieved before they can be separated from the build plate. An additional heat treatment can be beneficial for obtaining homogeneous mechanical properties across the seam or for the formation of desired precipitations in nickel-based-alloys. Therefore, the tensile performance of laser welded hybrid (AM/wrought) and AM-AM tensile samples of Inconel 718 is examined after undergoing three different heat treatments and considering three relevant build directions. It can be shown that the build orientation is an influencing factor on weld properties even after two applied heat treatments.

Das Unterpulverschweißen (UP) ist das Lichtbogenschweißverfahren mit der höchsten Abschmelzrate. Beim Schweißen von dicken Blechen ist dieses Verfahren jedoch besonders für die Wurzellage von Nachteil. Voll-ständiges Umschmelzen ohne extremen Wurzeldurchhang oder ein Austropfen der Schmelze ist ohne weitere Hilfsmittel schwer zu erreichen. Aus diesem Grund werden Pulver-, Kupfer-, keramische Badstützen oder Ble-che zur Vermeidung des Wurzeldurchhangs verwendet. Bei der Verwendung von Kupfer- oder Keramikstützen beeinflusst beispielsweise die Diffusion chemischer Elemente in die Schweiß- oder Schmelzlinie die mecha-nischen Eigenschaften der Schweißnaht. All diese Badstützen erfordern zusätzliche Schritte zur Vorbereitung und Entfernung sowie zur Reinigung der Schweißwurzel. Die Verwendung einer elektromagnetischen Bad-stütze hat dagegen viele Vorteile. Der Magnet kommt nicht mit dem Werkstück in Kontakt, sodass ein zusätz-licher Schritt des Entfernens nicht erforderlich ist. Versuche mit Laserstrahlschweißen oder Laserhybrid-schweißen haben bereits erstmalig gezeigt, dass Blechdicken bis 30 mm einlagig einseitig geschweißt werden können und zusätzlich ein Spalt oder Kanterversatz von bis zu 2 mm überbrückt werden können. In dieser Arbeit wird die elektromagnetische Badstütze für den UP-Prozess eingesetzt. Die Wurzellage wird an 15 mm dicken Blechen mit einer Spaltgröße von 2 mm geschweißt. Die Verwendung eines elektromagnetischen Sys-tems stellt hier sicher, dass die Schmelze nach oben gedrückt und in Position gehalten wird. Ferner kann die Schweißtiefe entsprechend den magnetischen Parametern angepasst werden. Dieses Verfahren kann die Produktivität im Schweißbereich von vielen Betrieben deutlich steigern und Kosten gleichzeitig senken und kann dazu beitragen, diese Arbeitsplätze in Deutschland zu sichern.