Herstellung von LTT-Legierungen durch in situ Legieren mit Lichtbogenschweißen zur Beeinflussung von Eigenspannungen und Verzug

Oster, Lukas Emmanuel; Kannengießer, Thomas; Reisgen, Uwe

doi:42997

Herstellung von LTT-Legierungen durch in situ Legieren mit Lichtbogenschweißen zur Beeinflussung von Eigenspannungen und Verzug = Fabrication of LTT alloys by in situ alloying with arc welding to influence residual stresses and distortion

Oster, Lukas Emmanuel^RWTH*

2023 & 2024

VerantwortlichkeitsangabeLukas Emmanuel Oster

ImpressumAachen : Shaker Verlag 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-8440-9310-0

ReiheAachener Berichte Fügetechnik ; 2023,3

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Druckausgabe: 2023. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2024

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Reisgen, Uwe (Thesis advisor)^RWTH* ; Kannengießer, Thomas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-05-15

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-00927
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/977825/files/977825.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (417610)

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
ArcDED (frei) ; LTT (frei) ; WAAM (frei) ; in situ alloying (frei) ; metal 3D printing (frei) ; multi wire welding (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Eigenspannungen und Verzug sind eine der wesentlichen Störgrößen in der additiven Fertigung von metallischen Bauteilen, da sie einerseits zu Formabweichungen führen können, aber andererseits auch das Strukturverhalten verschlechtern. Ihre Beherrschung stellt eine grundlegende Herausforderung dar und ist Gegenstand zahlreicher Forschungsvorhaben. LTT-Legierungen werden im Bereich des Verbindungsschweißens genutzt, um den Eigenspannungszustand der Schweißkonstruktion zu beeinflussen und gleichzeitig den Verzug gering zu halten. Ihre Verwendung im Bereich der additiven Fertigung ist derzeit kaum erforscht, nicht zuletzt, da ihr effizienter lokal beschränkter Einsatz im Druckprozess derzeit technisch nicht gelöst ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Möglichkeit untersucht, LTT-Legierungen kostengünstig durch in-situ-Legieren für die additive Fertigung mit dem Lichtbogen nutzbar zu machen. Zu Beginn erfolgt dazu die Auswahl einer geeigneten Kombination an Schweißzusätzen, sowie die Ermittlung eines nutzbaren Parameterraumes. Durch Variation der Kaltdrahtfördergeschwindigkeit eines Metall-Schutzgasprozesses mit Kaltdrahterweiterung wird die Legierungszusammensetzung ermittelt, welche einen möglichst starken LTT-Effekt erwarten lässt. Die Bewertung des LTT-Effektes erfolgt hierbei zunächst in Einlagenschweißungen durch Verformungsmessungen der Substratplatte, sowie durch nachgelagerte Eigenspannungsmessungen. Anschließend erfolgt die Betrachtung der zyklischen Wärmewirkung unter Durchführung von Flächenauftragschweißungen. Die Ergebnisse der Arbeit deuten darauf hin, dass das in-situ-Legieren ein vielversprechendes Werkzeug ist, um lokal im Bauteil LTT-Legierungen zu erzeugen. Sowohl in einlagigen Schweißungen, als auch im simulierten Mehrlagenfall konnte die Verformung der Substratplatte durch LTT-Injektion reduziert werden. Der Einsatz der Mehrdrahttechnik zeichnet sich hierbei als kostengünstige und effiziente Lösung ab, um Multimaterialbauteile mit angepasstem Eigenspannungszustand additiv herzustellen.

Residual stresses and distortion are one of the main disturbance variables in the additive manufacturing of metallic components, as they can lead to deviations in shape on the one hand, but also deteriorate the structural behavior on the other. Their control represents a fundamental challenge and is the subject of numerous research projects. LTT alloys are used in the field of joint welding to influence the residual stress state of the welded structure while keeping distortion low. Their use in additive manufacturing is currently poorly explored, not least because their efficient local use in the printing process is currently technically unresolved. In this work, the possibility of making LTT alloys usable for additive manufacturing with the arc at low cost by in-situ alloying is investigated. To begin with, a suitable combination of welding consumables is selected for this purpose, and a usable parameter space is determined. By varying the cold wire feed rate of a Gas Metal Arc welding process, extended with a cold wire feeder, the alloy composition is determined which can be expected to produce the strongest possible LTT effect. The LTT effect is first evaluated in single-pass welds by deformation measurements of the substrate plate, as well as by downstream residual stress measurements. This is followed by an examination of the cyclic heat effect by carrying out surface buildup welds. The results of the work indicate that in-situ alloying is a promising tool to produce LTT alloys locally in the component. In both single-layer welds and the simulated multilayer case, LTT injection reduced substrate plate deformation. The use of multi-wire technology is emerging here as a cost-effective and efficient solution to additively produce multi-material components with an adapted residual stress state.

OpenAccess:
PDF
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