Das Fraunhofer ILT zeigt anhand eines Prüfbauteils für B-Säulen, dass sich pressgehärtete, martensitische Chromstähle prozesssicher laserschweißen lassen.
Fraunhofer ILT, Aachen
Superleicht und crashfest – aber oft nicht schweißbar: Das kennzeichnet die ultrahochfesten Chromstähle. Forscher entwickelten nun ein sicheres Laser-Fügeverfahren.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT aus Aachen ermittelten im Rahmen des Verbundforschungsprojektes SECOMAL Verfahrensparameter und Prozessfenster für das Laserschweißen von drei ultrahochfesten Chromstählen. Es handelt sich um einen rein ferritischen, einen ferritisch-martensitischen und einen reinen martensitischen Chromstahl, die einen Kohlenstoffgehalt von 0,02 bis 0,46 Massen-Prozent besitzen. Gehärtet erreichen sie Festigkeiten von bis zu zwei Gigapascal bei Bruchdehnungen von zehn Prozent. Ihre inhärente Korrosionsfestigkeit macht sie zu idealen Kandidaten für den Fahrzeugbau.
Die Werkstoffe mit dem niedrigsten und dem höchsten Kohlenstoffgehalt, also ein ferritischer und ein martensitischer Chromstahl, lassen sich nun problemlos fügen. Das betrifft auch die gehärteten Werkstoffe. Martin Dahmen vom Fraunhofer ILT: „Probleme treten nur noch bei dem martensitischen Chromstahl 1.4021 mit dem mittleren Kohlenstoffgehalt von 0,21 Prozent auf.“
Prinzipiell alle Laserstrahlquellen nutzbar
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Die reine Lehre empfiehlt, martensitische Stähle vor dem Fügen vorzuwärmen und danach anzulassen, um die Zähigkeit der Wärmeeinflusszone zu verbessern. Einen Überblick bieten Hans J. Fahrenwaldt und Volkmar Schuler in „Praxiswissen Schweißtechnik“ ab Seite 202. Anlassen steht dabei für lokales Erhitzen der Schweißzone. Gehärtete Bleche lassen sich ohne qualitative Einbußen bei 450 °C anlassen. Prinzipiell kommen beim Laserschweißen von Werkstoffen eigentlich alle Laserstrahlquellen infrage. Weil der Laser aber parallele Nahtflanken erzeugen sollte, eignen sich laut Dahmen hier im Prinzip nur die sogenannten brillanten Strahlquellen und CO2-Laser.
Doch wie schneidet der Laser im Vergleich zum Metallaktivgasschweißen (MAG-Schweißen) ab? „Bei vernünftiger Wärmebehandlung lassen sich die gehärteten Chromstähle bis auf den 1.4021 ohne Schwierigkeiten schweißen“, berichtet der ILT-Forscher. „Das MAG-Schweißen ist dagegen wegen des hohen Energieeintrags in die Fügezone problematisch – selbst bei entsprechender Wärmebehandlung.“