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Main Title: Einfluss von Konstruktion und Schweißparametern auf die Erstarrungsrissentstehung beim Laser-MSG-Hybridschweißen dickwandiger Bauteile
Subtitle: Experimentelle und numerische Analyse
Translated Title: Influence of mechanical boundaries and process parameters on solidification cracking in laser-GMA-hybrid welded thick-walled parts
Translated Subtitle: experimental and numerical analysis
Author(s): Gebhardt, Moritz Oliver
Advisor(s): Rethmeier, Michael
Gumenyuk, Andrey
Referee(s): Rethmeier, Michael
Bergmann, Jean Pierre
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Erstarrungsrissbildung beim einlagigen Laser-MSG-Hybridschweißen von Bauteilen mit Wandstärken zwischen 9 mm und 14,5 mm. Der Fokus liegt dabei zum einen auf Einflüssen durch die Schweißparameter und zum anderen auf der Wirkung von mechanischer Randbedingungen. Dazu wurden experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt. Bei den Experimenten wurden Laser-MSG-Hybridschweißungen unter Verwendung eines Scheibenlasers mit 16kW Ausgangsleistung an Rohren aus Feinkornbaustahl erstellt. Im Rahmen der statistischen Versuchsplanung wurden an Einschweißungen die Schweißparameter Schweißgeschwindigkeit, Drahtvorschubgeschwindigkeit und Laserleistung variiert und die resultierende Rissanzahl im Röntgenbild ausgewertet. Bezüglich der konstruktiven Einflüsse wurden Schweißungen mit variierenden Steifigkeiten in Nahtquerrichtung und Nahtlängsrichtung, unterschiedlichen Vorspannkräften und an verschiedenen Werkstoffen realisiert. Der Fall der Schrumpfungsbehinderung wurde durch den Vergleich von durchgeschweißten und eingeschweißten Proben analysiert. Anhand eines Schweißsimulationsmodells der Rohrschweißungen ließen sich die Spannungen und Dehnungen in den risskritischen Bereichen während der Schweißungen ermitteln. Dies erlaubt eine Interpretation der experimentell festgestellten Wirkungen der verschiedenen Einflussfaktoren. Zusätzlich wurde ein Modell von Laserstrahlschweißungen im IRC-Rahmen aufgebaut, mit dem ein experimenteller Fall mit sehr fester, externer Schrumpfungsbehinderung aus der Literatur näher untersucht werden konnte. Ein stark vereinfachtes Modell einer schrumpfenden Schweißnaht wurde überdies genutzt um die komplexen Reaktion sinnvoll einordnen zu können.
This dissertation deals with solidification cracking in high-power single-run laser-GMA hybrid welding of parts with wall thicknesses between 9 mm and 14.5 mm. It focuses on the influence of process parameters on the one hand and the effect of mechanical boundaries on the other hand. Experimental and numerical examinations were conducted. Laser-GMA hybrid welds, using a disc laser with a maximum power output of 16 kW were produced on tubes made of fine grain structural steels. The influence of the process paramters was investigated by a variation of welding velocity, wire feed speed and laser beam power within a design of experiments approach. Varying longitudinal and transversal stiffnesses and different levels of applied pre-load and material strength were used to examine the effect of the mechanical boundary conditions on weld solidification cracking. The influence of restraint was analyzed by comparing full and partial penetration welds. A welding simulation model granted access to the transient stresses and strains in the critical zones during welding. This allows to interprete the experimentally acquired results. A model of laser beam welding in the IRC-test provides the opportunity to analyze a case from the literature having a high exterior restraint. Simplified models of shrinking welds helped to classify the complex reactions in the welds.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-43638
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4157
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3860
Exam Date: 9-Oct-2013
Issue Date: 26-Nov-2013
Date Available: 26-Nov-2013
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Feinkornbaustahl
Heißrisse
Laser-MSG-Hybrid
Rohr
Schweißen
Fine grain steel
Laser-GMA-hybrid
Solidification cracking
Tubes
Welding
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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