Pipelines schneller fertig 09.09.2014, 08:30 Uhr

Schweißen von Spezialstählen: Induktionsspule wärmt vor

Mit dem Laser lassen sich Bauteile aus Stahl besonders schnell verbinden. Bei hochfesten Sorten versagte die Technik bisher. Mit einer Induktionsspule, die die Schweißstelle vorwärmt, haben Ingenieure jetzt die Lösung gefunden.

Hochfeste Feinkornbaustähle können mit dem am LZH entwickelten Laser-MSG-Hybridschweißprozess ohne Heißrisse gefügt werden. 

Hochfeste Feinkornbaustähle können mit dem am LZH entwickelten Laser-MSG-Hybridschweißprozess ohne Heißrisse gefügt werden. 

Foto: LZH

Brücken, Pipelines für Erdgas, Öl und Chemikalien sowie Kräne, die Schiffe entladen, bestehen oft aus hochfesten Stählen. Bisher lassen sich die Bauteile nicht per Laser verschweißen. In den Nähten treten oft Risse auf. Außerdem sind die Schweißstellen oft zu spröde. Das Laserschweißen unter Schutzgas, ein besonders schnelles Verfahren, lässt sich in diesen Fällen nicht einsetzen.

Schweißnähte ohne Risse

Jetzt haben Ingenieure in Hannover einen Weg gefunden, es doch zu nutzen. Unmittelbar vor dem Laserstrahl, der das Material zum Füllen der Naht schmelzen lässt, ist eine Spule angebracht, durch die ein hoher Wechselstrom fließt. Er erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das in das Werkstück eindringt und es erhitzt. Derart vorgewärmt schließt sich die Schweißnaht rissfrei. Außerdem ist sie weniger spröde, sodass keine Gefahr besteht, dass sie bei hoher Belastung bricht.

Querschliff einer Schweißnaht von 20 mm dickem hochfestem Feinkornbaustahl.

Querschliff einer Schweißnaht von 20 mm dickem hochfestem Feinkornbaustahl.

Quelle: LZH

Das neue Verfahren eignet sich vor allem zum Verschweißen von Blechen mit einer Stärke von bis zu 20 Millimeter. Je nach Blechdicke kann der Laserstrahl mit einer Geschwindigkeit von 0,75 bis 2,5 Meter pro Minute vorwärtsbewegt werden. Die Nähte lassen sich mit dieser Technik in nur einem Durchgang schließen. Das spart vor allem Zeit. Bei anderen Schweißverfahren wird die Fuge zwischen den beiden Metallteilen nach und nach geschlossen.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

An dem Projekt waren Ingenieure des Laser Zentrums Hannover (LZH) und der Universitätsinstitute für Elektroprozesstechnik und Stahlbau beteiligt. Die LZH-Fachleute waren für den eigentlichen Schweißprozess zuständig, die Experten der Universität simulierten Vorwärm- und Schweißprozess und prüften die fertigen Nähte.

Das Vorhaben mit der komplizierten Bezeichnung „Prozesssicheres und leistungsstarkes Fügen von hochfesten Feinkornbaustählen durch ein Hybridschweißverfahren mit integrierter Vorwärmung“ wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ und der Forschungsvereinigung Stahlanwendung gefördert.

Versuchsaufbau des Laser-MSG-Hybridschweißprozesses mit einer Induktionsspule zum Vorwärmen. 

Versuchsaufbau des Laser-MSG-Hybridschweißprozesses mit einer Induktionsspule zum Vorwärmen. 

Quelle: LZH

Der Fokus des LZH liegt auf den Bereichen Optische Komponenten und Systeme, Optische Produktionstechnologien und Biomedizinische Photonik. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Maschinenbauern ermöglicht innovative Ansätze für Herausforderungen verschiedenster Bereiche: Von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizintechnik oder den Leichtbau im Automobilsektor.

Von Wolfgang Kempkens
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