Reduktion von Eigenspannung und Verzug beim Laserstrahlschweißen von nichtrostendem Stahl und Baustahl durch den LTT-Effekt

Diese Arbeit untersucht den Low-Transformation-Temperature-Effekt (LTT-Effekt) in ferritisch-perlitischem Baustahl und austenitischem CrNi-Stahl beim Laserstrahlschweißen. Anders als in der Literatur üblich, werden keine speziellen Zusatzwerkstoffe verwendet, sondern die chemische Zusammensetzung in der Schweißnaht wird durch artfremde Kombinationen konventioneller Werkstoffe in situ erzeugt. Ziel ist es, durch Variation des Aufmischungsverhältnisses die Martensitumwandlungstemperatur zu beeinflussen und das Dehnungsverhalten zu steuern.
In Laborversuchen werden chemische Analysen, metallografische Untersuchungen und Härtemessungen durchgeführt, um die Gefügeänderungen und die Abhängigkeit der Härte von der Martensitumwandlungstemperatur zu analysieren. Die Ergebnisse werden mit Referenzschweißungen (artgleiche Schweißungen) verglichen. Eigenspannungsmessungen zeigen, dass in LTT-Schweißnähten Druckeigenspannungen entstehen, während in Referenzschweißungen Zugeigenspannungen dominieren. Die Höhe der Druckeigenspannungen hängt dabei von der chemischen Zusammensetzung ab.
Unterstützt werden diese Ergebnisse durch Beugungsexperimente. Um das Dehnungsverhalten während der Phasenumwandlungen zu verstehen, werden Experimente an ausgewählten CrNi-Stahlproben am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) durchgeführt. Es wird gezeigt, dass durch die Martensitbildung kontinuierlich Druckspannungen aufgebaut werden, die die thermische Schrumpfung kompensieren. Thermische Simulationen bestimmen die Umwandlungstemperatur und den Zeitpunkt der Druckeinleitung. Durch die Berechnung der Dehnungen kann somit das Druckdehnungsverhalten durch den LTT-Effekt verdeutlicht werden. Wegaufnehmer-Messungen bestätigen, dass der LTT-Effekt den Bauteilverzug reduziert.