Laserauftragschweißen hochlegierter Duplexstähle

Karl, Andreas GND

In der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung korrosionsbeständiger Beschichtungen auf einem niedrig legierten Druckbehälterstahl beschrieben. Die Funktionsschichten aus Duplexstahl werden über den Prozess des Laserauftragschweißens sehr aufmischungsarm erzeugt. Abhängig von den Prozessparametern entstehen 1 bis 2 mm dicke, nahezu defektfreie, Schichten mit einer Porosität von unter 1 %. Neben der Untersuchung mechanischer und tribologischer Kennwerte, sowie der Korrosionsbeständigkeit ein- bzw. mehrlagiger Beschichtungen spielt die Analyse der Gefügestruktur eine entscheidende Rolle. Besonders die Verteilung von Stickstoff ist bei der Erstarrung des Materials sowie dessen Phasenverteilung von besonderer Bedeutung Abschließend wird mit der Entwicklung eines Scanner-basierten Schweißprozesses aufgezeigt, wie die Auftragsrate auch im Hinblick auf Kostenersparnis und Ressourcenschonung deutlich gesteigert werden kann.

The thesis describes the development of corrosion resistant layers on low-alloyed pressure vessel steel P265GH. The functional layers are produced by a low dilution laser cladding process. Depending on process parameters nearly defect free clads with a thickness of 1 to 2 mm and a porosity of less than 1 % are created. With a high energy density and a narrow melt pool on the surface of the substrate it is possible to reduce dilution to below 3 % without any misconnection. The parameters of the laser cladding process are based on numerical calculations and were transferred to the available laser system. Laser power, process speed and powder feed rate are the main influencing factors. Besides that the geometrical alignment of the components is crucial for the shape of single tracks and layers. For the build-up welding process, powder-metallurgical iron-based stainless steels with Cr/Ni-equivalents between 1,5 and 3,4 are used, resulting in microstructures with austenite fractions between 100 and 20 %. The rapidly solidified microstructure is divided in zones of different heat treatment. Dependent on local heat input, different phase ratios and morphologies form. Nitrogen has a particular influence on the phase evolution of the duplex stainless steels. A spatially resolved analysis of the welding microstructure shows that nitrogen, in contrast to the substitutional elements chrome, nickel and molybdenum, is strongly enriched in the austenitic phase. However, with the formation of large ferritic grains in the rapidly solidified zone, chromium nitrides precipitate. Reasons for that are the low solubility of nitrogen in the cubic body-centered lattice and short diffusion lengths due to rapid solidification. The development of a scanner-based cladding process shows how to enhance the deposition rate. This demonstrates the potential of a laser cladding process with regard to cost savings and preservation of resources.

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Karl, Andreas: Laserauftragschweißen hochlegierter Duplexstähle. Ilmenau 2014. Universitätsverlag Ilmenau.

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