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In den letzten Jahren haben sich für die additive Fertigung von metallischen Werkstoffen mit pulver- und drahtbasierten Schmelzverfahren Hochenergiestrahlverfahren mittels Laser- und Elektronenstrahl durchgesetzt. Dabei eröffnet die additive Herstellung z.B. durch Laser powder bed fusion (LPBF), auch als Selective Laser Melting (SLM) bekannt, vollkommen neue Designmöglichkeiten und Fertigungsstrategien. Zur wirtschaftlichen Herstellung größerer Bauteile bietet sich die Hybridbauweise unter Nutzung von Fügeverfahren, wie z.B.das LB- und EB-Schweißen, an. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit vergleichenden Untersuchungen zur Schweißbarkeit von aus Pulver additiv gefertigtem Material und der konventionellen Gusslegierung aus AlSi10Mg als Referenz. Unabhängig von der verwendeten Energiequelle (10 kW Monomode Faserlaser; 15 kW Elektronenstrahl) kam es beim pulverbasierten LPBF-Material zu einer ausgeprägten Porenbildung in den Schweißnähten, die beim Elektronenstrahlschweißen durch Nutzung einer Mehrspot-Technik reduziert werden konnte.
In diesem Beitrag wird die Herstellung von Hybridbauteilen vorgestellt, welche aus konventionellem Al-Guss und additiv gefertigten Halbzeugen bestehen und mit Hilfe des Laserstrahlschweißens gefügt werden. Der Schwerpunkt
der Untersuchungen lag auf der Bestimmung der Schweißeignung der L-PBF Komponenten (laser powder bed fusion), da hierbei auf die mechanische Vorbereitung der Halbzeuge (Drehen/Fräsen) vor dem Schweißen verzichtet wurde. In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss der Prozessparameter auf das Gefüge und die Porenbildung beim Laserstrahlschweißen von AlSi10Mg untersucht, um das Prozessfeld einzugrenzen.
In der vorliegenden Diplomarbeit wird das Verhalten des Gusswerkstoffes AlSi10Mg beim Schweißen mit einem 10 kW Monomode Faserlaser untersucht. Ziel dabei ist es, die Einflüsse der Parameter Leistung (7 kW bis 10 kW), Schweißgeschwindigkeit (2 m/min bis 10 m/min) und Fokuslage (WSO und -6 mm) an verschiedenen Brennweiten (250 mm, 500 mm und 1500 mm) zu identifizieren. Dazu werden hauptsächlich Blindschweißversuche durchgeführt. Zur Bewertung der Festigkeit werden Zugproben auch an ausgewählten Parametern als I Naht verschweißt. Das Schweißergebnis wird neben der allgemeinen Nahtgeometrie vor allem hinsichtlich der erreichten Einschweißtiefe bewertet. Dabei gilt es, die Qualität der Schweißnähte hinsichtlich Poren zu verbessern und Optimierungsansätze herauszuarbeiten.
In der Bachelorarbeit soll ein am Laserinstitut der Hochschule Mittweida vorhandener 10 kW Monomode Faserlaser auf seine Anwendbarkeit zum Laserschweißen von pAM- und MM-Bauteilen aus AlSi10Mg-Material hin untersucht werden. Dieser Laser hat die derzeit höchste verfügbare Laserstrahlleistung mit dieser hohen Strahlqualität. Dadurch besteht das Potential sehr hohe Intensitäten im Strahlfokus zu erzeugen und somit beim Laserstrahlschweißen auch an stark wärmeleitendem Material, wie dem AlSi10Mg, große Einschweißtiefen mit vergleichsweise hohen Schweißgeschwindigkeiten realisieren zu können. Jedoch wurden bei früheren durchgeführten Laserschweißversuchen an dem additiv (AM) hergestellten AlSi10Mg-Material festgestellt, dass verstärkt Poren in der Schweißnaht auftraten. Dies war im unteren untersuchten Schweißgeschwindigkeitsbereich insbesondere bei höheren Laserstrahlleistungen (5 – 10 kW) der Fall. Beides deutet dabei auf eine Überhitzung der Schmelze hin. Poren sind aber für den vorgesehenen späteren Einsatz beim Fügen von AM und MM-Bauteilen sehr nachteilig. Weiterhin zeigte sich, dass auch mit maximaler Laserstrahlleistung von 10 kW die erreichbare Einschweißtiefe auf unter 20 mm limitiert war. Aus diesem Grund soll in der Bachelorarbeit untersucht werden, ob durch Verwendung größerer Brennweiten und daraus resultierender geringerer Strahlintensitäten im Laserfokus, eine Reduzierung von Poren im Schweißprozess bzw. einer Erhöhung der Einschweißtiefe erreichen lässt. Die Untersuchungen sollen an gegossenem und an pAM-generiertem AlSi10Mg-Material durchgeführt und die Ergebnisse dann entsprechend verglichen werden.