Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Aufgrund der hohen Temperaturgradienten und schnellen Abkühlraten beim Laserschweißen entstehen komplexe Eigenspannungen, die zu Verzug, Rissbildung oder verminderter Bauteilfestigkeit führen können. Die Herausforderung besteht darin, diese Eigenspannungen präzise zu messen und zu bewerten, um die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der geschweißten Komponenten sicherzustellen.
Die werkstofftechnologischen Anforderungen beim Laserschweißen liegen vor allem in der Beherrschung der Eigenspannungen, die durch die schnelle Temperaturänderung und Gefügeumwandlungen im Schweißbereich verursacht werden. Außerdem muss die Materialhomogenität in der geschweißten Zone sichergestellt werden, da Variationen in der Mikrostruktur und in der Gefügezusammensetzung die mechanischen Eigenschaften beeinflussen.
Die Ermittlung der Eigenspannungen in Laserschweißnähten ist essenziell, um Verzüge erklären zu können und einen sicheren Bauteileinsatz ableiten zu können. Am Fraunhofer IWM werden dazu sowohl stationäre als auch mobile Röntgendiffraktometer eingesetzt, die Messungen an Laborproben und kompletten Bauteilen ermöglichen. Dabei erfolgt die Schicht-für-Schicht-Messung der Eigenspannungen durch elektrolytischen Abtrag. Alternativ können Eigenspannungs-Tiefenprofile mittels Bohrlochmethode bestimmt werden. Die experimentellen Daten werden mit numerischen Simulationsergebnissen verglichen, um sowohl die Prozessparameter des Laserschweißens als auch die Nachbehandlung der Bauteile zu optimieren und somit negativ wirkende Zug-Spannungen zu reduzieren.