Projektkurzbeschreibung

Verbesserung der Mikrostruktur von laserstrahlgeschweißten, ultrahochfesten Stählen durch gezielte Wärmeführung

Steckbrief

Eckdaten

Förderinstitution:
AiF DVS
Laufzeit:
01.12.2014 bis 30.04.2017
Projektnummer:
18.510

Ansprechpartner am ISF

Foto des ISFInstitut für Schweißtechnik und Fügetechnik

Der 22MnB5 Grundwerkstoff weist nach dem Presshärten ein vollständig martensitisches Gefüge auf. Durch die Wärmeeinbringung jeglicher Schweißprozesse erfolgt eine Entfestigung des Materials. Beim Laserstrahlschweißen ist die Abkühlgeschwindigkeit in der Schweißnaht selbst und nahe der Schmelzlinie so hoch, dass sich ein dem Grundwerkstoff ähnliches martensitisches Gefüge einstellt. Die WEZ an der Schmelzlinie erfährt eine langsamere Abkühlung, wodurch eine mit Bainit durchsetzte Martensitstruktur entsteht. Dort bildet sich ein Härtesack aus, welcher die maximale Entfestigung und somit den Verbindungsschwachpunkt darstellt.

Die beim Presshärten vor Korrosion schützende Beschichtung der 22MnB5 Bleche wird in das Schmelzbad eingebracht und dort durch die vorherrschenden Schmelzbadbewegungen verteilt. Bei der Vermischung treten zwei unterschiedliche Effekte auf, welche deutlichen Einfluss auf die metallurgische Ausbildung der Schweißnaht haben. Zum einen löst sich ein Teil des Aluminiums relativ homogen in der gesamten Schweißnaht auf. Zum anderen werden lokal an der Schmelzlinie größere Mengen an Aluminium angeschwemmt, was zur Bildung von intermetallischen Phasen führt. Diese rufen metallurgische Kerben hervor, welche zu hohen Spannungsspitzen führen und somit die Festigkeit der Verbindung herabsetzen.

Die folgenden Arbeitshypothesen werden als Lösungsansatz abgeleitet:
- Die Gefügeentwicklung der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone von höchstfesten Stählen steht in Abhängigkeit mit den Abkühlbedingungen
- Durch eine sehr schnelle Abkühlung der Wärmeeinflusszone kann der Härteabfall in der Wärmeeinflusszone begrenzt werden. Die Festigkeit der WEZ steigt an.
- Durch eine sehr schnelle Abkühlung der Schweißnaht bleiben die Bestandteile der Beschichtung in der Schmelze des Stahls gelöst. Da intermetallische Phasen unter Temperatur und Zeit wachsen, wird deren Wachstum aufgrund der schnellen Abkühlung begrenzt.
- Eine stärkere Verteilung der durch den Schweißprozess eingebrachten Beschichtungen schwächt die metallurgischen Kerben ab. Der zusätzlichen Wärmeeinbringung bspw. bei Mehrfachüberschweißungen kann durch die aktive Kühlung begegnet werden.

Aus den Arbeitshypothesen leitet sich folgendes Forschungsziel ab:
Ziel dieses Projektes ist die Verbesserung der Schweißnahteigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Härte bei laserstrahlgeschweißten, ultrahochfesten Stahl-Blechen durch gezielte Beeinflussung der Abkühlbedingungen, die die Mikrostruktur im Schweißgut und der WEZ anpasst.