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WO2019243390A1 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER MEHRLAGIGEN VERBUNDBRAMME, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES WERKSTOFFVERBUNDS SOWIE SCHWEIßANORDNUNG - Google Patents

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER MEHRLAGIGEN VERBUNDBRAMME, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES WERKSTOFFVERBUNDS SOWIE SCHWEIßANORDNUNG Download PDF

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WO2019243390A1
WO2019243390A1 PCT/EP2019/066128 EP2019066128W WO2019243390A1 WO 2019243390 A1 WO2019243390 A1 WO 2019243390A1 EP 2019066128 W EP2019066128 W EP 2019066128W WO 2019243390 A1 WO2019243390 A1 WO 2019243390A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
welding
bead
heat introduction
introduction device
welding device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/066128
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Myslowicki
Peter Ohse
Maik Wittstock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of WO2019243390A1 publication Critical patent/WO2019243390A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/0206—Seam welding; Backing means; Inserts of horizontal seams in assembling vertical plates, a welding unit being adapted to travel along the upper horizontal edge of the plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/0216—Seam profiling, e.g. weaving, multilayer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B23K9/1735—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode making use of several electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a multilayer composite slab from at least two pre-components, the method comprising the following steps:
  • the pre-components are provided,
  • a weld seam is formed between the pre-components using a welding arrangement. Furthermore, the present invention relates to a method for producing a composite material and a welding arrangement for producing a weld seam between precomponents.
  • the property profiles of materials often represent a compromise between various requirements resulting from the manufacture and use of components.
  • components that are subject to wear and tear require high hardness or strength with regard to a maximum service life , while this must often be limited from a manufacturing perspective in the production of such components, so that the service life is also limited.
  • opposing properties such as strength and formability (ductility)
  • Achieving an increase in opposing properties in a construction material is almost impossible with a monolithic material. For this reason, multilayer steel composite materials are often used in this context.
  • Such material composites are produced in particular by hot roll cladding, from multi-layer starting blocks, also referred to as composite slabs, which are rolled into hot strip of the material composite.
  • the production of such composite slabs represents an additional manufacturing step that must be compared on the cost side with the achievable additional technical benefits. In order to be able to produce an economically advantageous product, it is therefore advantageous to optimize all partial production steps with regard to their economic viability.
  • One possibility for producing a composite slab is described, for example, in DE 10 2005 006 606 B3, in which at least two essentially cuboid plates, with their surface-treated surfaces, are placed one on top of the other and welded together to form a composite slab. The composite slab is then heated to a hot rolling starting temperature and hot-rolled to form a coil-capable hot-rolled strip.
  • the welding is typically different from the PA layer.
  • the lack of geometric fixation of the weld pool and the auxiliary means severely limits the applicability of processes with a high melting rate, such as submerged arc welding (submerged arc welding).
  • Metal shielding gas welding (MSG welding) can also result in binding errors if the weld pool is too large and deep penetration notches if the arc is too powerful.
  • MSG welding Metal shielding gas welding
  • the heat input is too high, there is a risk of the melt pool overheating, which can manifest itself, for example, in the formation of pores.
  • the object is achieved by a method for producing a multilayer composite slab from at least two pre-components, the method comprising the following steps:
  • the pre-components are provided,
  • a weld seam is formed between the pre-components with the aid of a welding arrangement, characterized in that the welding arrangement has a welding device and a heat introduction device comprising, with the aid of the welding device, a welding bead of the weld seam being formed, the welding device and the heat introduction device executing a relative movement in a welding direction relative to the preliminary components, the welding device and the heat introduction device being arranged at a distance from one another in the welding direction , the distance between the welding device and the heat introduction device being selected such that the welding bead is heated with the aid of the heat introduction device after the welding bead has solidified, at least one of the precomponents being slab-shaped.
  • the invention further relates to a method for producing a multilayer composite slab from at least two pre-components, the method comprising the following steps:
  • the pre-components are provided,
  • a weld seam is formed between the pre-components with the aid of a welding arrangement, characterized in that the welding arrangement comprises a welding device and a heat input device, a welding bead of the weld seam being formed using the welding device, wherein in the second step, the welding device and the heat introduction device execute a relative movement relative to the precomponents in a welding direction, the welding device and the heat introduction device being arranged at a distance from one another in the welding direction, the distance between the welding device and the heat introduction device being selected such that the The welding bead is heated using the heat introduction device after the welding bead has solidified.
  • the welding bead is locally heated in an area with the aid of the heat introduction device after the welding bead has already solidified in this area. It is conceivable that a continuous welding process is provided. Another advantage results from the fact that the welding device and the heating device are arranged at a distance. This creates a spatial separation of the two points at which heat is introduced into the material. In this respect, the point of heat input by the welding device and the point of heat input by the heat input device are separated, as a result of which the degree of cooling in the seam area can be set.
  • the relative movement which the welding device and the heat introduction device execute in the second step relative to the precomponents in the welding direction can be achieved, for example, by moving the precomponents past a stationary welding arrangement, and also by the welding device and the heat introduction device acting on immovably arranged precomponents or the weld seam to be produced are moved along.
  • a combination of both, that is to say from a movement of both the welding arrangement and the preliminary components, is also conceivable.
  • the precomponents it is preferably possible for the precomponents to be welded in full.
  • the multilayer composite slab is manufactured from more than two pre-components, for example from three or more components.
  • the preliminary components are steel preliminary components, the multilayer composite slab being a steel starting block.
  • the basic aim is to create a permanent connection between two parts / components that can withstand the demands placed on them, for example the mechanical resilience.
  • the procedure and the welding process chosen depend on the geometry of the connection, the chemical composition and the structure of the base materials, accessibility and economy.
  • the intention here is to produce the welded joint with the greatest possible economy and process reliability.
  • the highest possible melting rate is beneficial to economy. This results in a high seam volume in a short time Time.
  • Known high-performance welding processes such as submerged arc welding (submerged arc welding) or MSG multi-wire welding, however, have various disadvantages that make their use cumbersome, expensive or even impossible in many situations.
  • the advantages according to the invention result in particular over the use of known submerged arc welding processes.
  • the applicability of submerged arc welding is generally very limited, particularly in constrained situations such as PC, since the powder required for the process must be kept at the location of the process with complex technical aids and not, as is the case with the process that is usually used for this process - layer PA, can be easily filled up.
  • a high melt pool volume is also typical for the UP process.
  • this can often not be achieved or can only be achieved to a limited extent, for example in constrained positions such as a PC, since the support effect provided by the workpiece is significantly less than in the PA position and the weld pool can therefore “run away” from the seam.
  • the customary introduction of diffusible hydrogen particularly with materials with a high carbon equivalent CET and large sheet thicknesses, can have a negative impact on cold crack resistance.
  • MSG multi-wire welding processes such as, for example, tandem or double-wire welding.
  • MSG multi-wire welding processes several welding wires melt in a common and thus large weld pool.
  • MSG multi-wire welding is usually used to achieve high welding speeds.
  • MSG multi-wire welding is therefore suitable for increasing the deposition rate per unit of time, but the maximum weld cross-section that can be achieved in one position does not differ significantly from known MSG single-wire welding processes.
  • the heat input corresponds to the melting rate.
  • due to the high welding speed despite the high melting rate, there is no clear difference between single-wire and multi-wire technology.
  • the second step in particular the formation of the weld seam, is carried out in a constrained position, preferably in PC, ie horizontal welding on a vertical wall. hereby it is in particular possible to take into account the dimensions of the pre-components or the composite slab to be created. There are particularly advantageous application possibilities for producing composite slabs, which would not be achievable, for example, with known UP welding processes or MSG multi-wire welding processes with only one weld pool.
  • T 0 700 CET + 160 tanh (d / 35) + 62 (HD) A (0.35) + (53 CET - 32) Q - 330.
  • sheets with a thickness> 90 mm are usually used as at least one of the precomponents, which in principle requires a higher preheating temperature than that described in SEW088 for the sheet thickness of 90 mm. changed.
  • minimizing HD and maximizing Q can help to reduce the minimum preheating temperature and thus improve efficiency and process reliability.
  • HD can be reduced by the choice of the process and compliance with certain boundary conditions, such as keeping the joining partners dry.
  • MSG welding is particularly preferable to submerged arc welding.
  • Q can be increased by increasing the electrical power and reducing the welding speed.
  • the distance between the welding device and the heat introduction device is selected in such a way that the welding bead is heated with the aid of the heat introduction device before the welding bead has cooled to or below 800 ° C., in particular the heat introduction for the welding bead is increased by the heat introduction device in such a way that a t 8/5 time of the welding bead is increased, in particular in comparison to an embodiment of the welding bead without heating using the heat introduction device.
  • the hardness of the structure can advantageously be reduced and a cost-efficient process can nevertheless be provided.
  • the heat introduction device is arranged directly behind the welding device, in particular in such a way that the heat introduction device heats the welding bead immediately after its (local) solidification (in particular (clearly) above 800 ° C.) , Accordingly, it is possible that the cooling time t 8/5 is increased and a comparatively small weld pool is nevertheless present.
  • the distance between the welding device and the heat introduction device is selected in such a way that the welding bead passes through the temperature twice between 800 ° C. and 500 ° C. when the welding bead cools down.
  • This makes it possible to extend the cooling time of the welding bead, which, compared to the use of only one welding device without an additional heat introduction device, brings about a reduction in the hardness in the area of the welding bead.
  • the heating of the welding bead With the aid of the heat introduction device, this preferably takes place after the welding bead has cooled to a temperature above 500 ° C., for example to a temperature between 500 ° C. and 600 ° C.
  • the distance between the welding device and the heat introduction device is selected such that the welding bead is heated with the aid of the heat introduction device after the welding bead has cooled to a temperature below 500 ° C., wherein the welding bead is preferably heated to a temperature at or above a tempering temperature with the aid of the heat introduction device.
  • the welding bead is heated to a temperature at or above a tempering temperature using the heat introduction device.
  • the cooling time t 8/5 of the welding bead can be measured in accordance with SEW088.
  • individual parameters in particular the optimal distance between the welding device and the heat introduction device, can be determined particularly advantageously in such a way that the desired temperature profile of the welding bead is obtained.
  • such a temperature measurement can be made possible by means of the thermocouple piercing method in the area of the root, that is to say the welding bead, through an introduced bore.
  • the thermal effect of both the welding device and the heat introduction device can be detected.
  • such a parameter determination can be carried out by carrying out a temperature measurement on the surface of the welding bead. In this case, however, only the cooling of the welding bead after passing the welding device would be recorded. However, the desired point in time of passing the heat introduction device can then be based on this measurement. If, for example, the desired temperature of the welding bead is 600 ° C when the heat introduction device acts on it, the procedure can be as follows. The cooling time of the welding bead to the desired temperature is determined (especially by measuring the temperature on the surface of the welding bead). The distance between the welding device and the heat introduction device (or its respective heat introduction center) is then taken into account, taking into account the welding speed, using the relationship:
  • the following parameters / boundary conditions are possible, for example:
  • At least one, in particular all, of the precomponents is slab-shaped.
  • the heat introduction device comprises a further welding device, wherein a further welding bead of the weld seam is formed with the aid of the further welding device, the further welding device being in particular a metal shielding gas welding device, MSG welding device ,
  • MSG welding device metal shielding gas welding device
  • the further welding device forms, in particular, a further welding layer on a welding layer, in particular a welding bead, which is formed with the aid of the welding device.
  • the thermal energy supplied by the further welding device can thus heat the welding bead at the same time when the further welding bead is formed.
  • the distance between the welding device and the further welding device is advantageously selected such that the welding bead is heated with the aid of the further welding device after the welding bead has solidified in this area.
  • one weld pool of the weld bead is separate from another weld pool of the others Welding bead is formed. This makes it possible for the welding device and the further welding device not to form a common and therefore large weld pool. Accordingly, the risk of formation of binding errors and pores can be reduced.
  • the heat introduction device heats the welding bead by burning gases, using electric arcs, using induction and / or using particle or optical radiation.
  • the welding device comprises a metal shielding gas welding device, MSG welding device.
  • MSG welding device MSG welding device.
  • one or more austenitic and / or one or more ferritic filler materials are used to form the weld bead and / or to form the further weld bead. It is conceivable to carry out the formation of the welding bead and / or the formation of the further welding bead using a combination of filler materials, the use of austenitic filler materials being particularly recommended in order to avoid cold cracks in the area of the weld bead, in particular the root position.
  • Another object of the present invention is a method for producing a composite material, in particular a composite steel material, on the basis of a composite slab produced according to an embodiment of the present invention, the composite slab being rolled into hot strip of the composite material in a third step, after the second step ,
  • Another object of the present invention is a welding arrangement for producing a weld between pre-components, characterized in that the welding arrangement comprises a welding device and a heat introduction device, the welding device and the heat introduction device for executing a relative movement relative to the pre-components in a welding direction are carried out, the welding device and the heat introduction device being arranged at a distance from one another in the welding direction, the welding device being configured to form a welding bead, the distance between the welding device and the heat insertion device is selected such that the welding bead can be heated using the heat insertion device after the welding bead has solidified, at least one of the precomponents being slab-shaped
  • the present invention furthermore relates to a welding arrangement for producing a weld seam between precomponents, the welding arrangement comprising a welding device and a heat introduction device, the welding device and the heat introduction device being designed to carry out a relative movement relative to the precomponents in a welding direction, the welding device and the heat introduction device being arranged at a distance from one another in the welding direction, the welding device being configured to form a weld, the distance between the welding device and the heat introduction device being selected such that the weld can be heated using the heat introduction device, after the sweat has set.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a welding arrangement for producing a weld seam between precomponents or a method for producing a multilayer composite slab according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a first temperature profile of a welding bead according to a first exemplary embodiment of a method according to the invention in comparison to a second temperature profile according to the prior art.
  • Figure 3 shows a third temperature profile of a welding bead according to a second embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 4 shows a fourth temperature profile of a welding bead according to a third exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 5 shows a temperature measurement according to an exemplary embodiment of the present invention, in particular for determining the desired distance between the welding device and the further welding device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a welding arrangement 10 for producing a weld seam 20 between preliminary components 2, 3 or a method for producing a multilayer composite slab 1 during a second step in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the two precomponents 2, 3 were previously arranged one above the other and adjacent to one another in a first step.
  • the welding arrangement 10 comprises a welding device 11 and a heat introduction device 12 which has a further welding device 14. Both the welding device 11 and the further welding device 14 are designed as MSG welding devices.
  • the welding device 11 and the further welding device 14 move in a second step relative to the pre-components 2, 3 in a welding direction 100 (represented by the arrow 100).
  • the two welding devices 11, 14 are arranged at a distance 13 from one another in the welding direction 100, the welding device 11 being arranged in the welding direction 100 in front of the further welding device 14.
  • the welding device 1 1 generates a welding bead 21 in the form of a root position
  • the further welding device 14 forms a further weld bead 22. Due to the distance 13, the weld pool 23 of the weld bead 21 is already locally solidified below or next to the further welding device 14, so that the further
  • Welding device 14 forms its own further weld pool 24.
  • the welding device 11 and the further welding device 14 thus do not produce a common melting bath, but separate melting baths 23, 24.
  • the further welding device 14 re-heats and extends the area of the melt bead 21 which has already solidified there and under it thus the cooling time of the melt bead 21.
  • the formation of the weld seam 10 takes place in particular in a forced position, particularly preferably in a PC.
  • FIG. 2 shows a first temperature profile 41 of a welding bead 21 according to a first exemplary embodiment of a method according to the invention in comparison to a second temperature profile 42 according to the prior art for a fixed local point of a welding bead 21.
  • a temperature axis "T” is shown in “Celsius (° C) and a time axis" t "in seconds (s).
  • the second temperature profile 42 known from the prior art corresponds to the temperature profile of a welding bead which was generated with a single torch using an MSG welding method.
  • the first temperature profile 41 describes the temperature profile of a welding bead 21 according to a first exemplary embodiment of the present invention, a welding device 11 (in particular a torch) and additionally one from the welding device 11 at a distance 13 (in the welding direction 100) offset heat transfer device 12 is used.
  • the heat introduction device 12 comprises a further welding device 14, which is arranged at a distance 13 from the welding device 11.
  • Both the welding device 11 and the further welding device 14 are designed as MSG welding devices.
  • the welding device 11 produces the welding bead 21 or welding layer.
  • the further welding device 14 applies a further welding bead 22 or a further welding layer.
  • the first temperature profile 41 is shown for a case in which the further welding device 14 is arranged behind the welding device 11 in such a way that the welding bead 21 immediately after solidification (and before the welding bead 21 cools below 800 ° C.) is) is heated by the further welding device 14.
  • FIG. 3 shows a third temperature profile 43 of a welding bead 21 according to a second exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • the second temperature curve 42 known from the prior art is shown as a dashed line.
  • a welding device 11 in particular a torch
  • a further welding device 14 of a heat introduction device 12 arranged at a distance 13 from the welding device 11 (offset in the welding direction 100) are used. Both the welding device 11 and the further welding device 14 are designed as MSG welding devices.
  • the welding device 11 produces the welding bead 21.
  • the further welding device 14 applies a further welding bead 22 or a further welding layer and locally heats the welding bead 21.
  • the further welding device 14 is arranged in the welding direction 100 behind the welding device 11 (or the distance 13 is selected such that the welding bead 21 has cooled to a temperature between 500 ° C. and 800 ° C. before the welding bead 21 is heated with the aid of the further welding device 14.
  • the welding bead 21 is then heated to a temperature at or below 800 ° C. (and above 500 ° C.) by the further welding device 14. In this way, a section of the temperature range between 800 ° C. and 500 ° C.
  • the welding bead 21 is run through twice when the welding bead 21 cools, as can be seen from the third temperature profile 43.
  • the welding bead 21 therefore only cooled to 500 ° C. at time t5.
  • the time required to run through the temperature range 800 ° C. to 500 ° C. can thus be calculated by the fifth point in time t5 and the first point in time t1 by t5-11.
  • the time required for the temperature range 800 ° C. to 500 ° C. to pass through for the second temperature profile 42 known from the prior art is given by t3-11 and is therefore less than in the second exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows a fourth temperature profile 44 of a welding bead 21 according to a third exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • a temperature axis "T” in “Celsius (° C)” and a time axis "t” in seconds are shown.
  • a welding device 11 and, in addition, a further welding device 14 of a heat introduction device 12 arranged at a distance 13 from the welding device 11 (offset in the welding direction 100) are used. Both the welding device 11 and the further welding device 14 are designed as MSG welding devices.
  • the welding device 11 generates the welding bead 21.
  • the further welding device 14 applies a further welding bead 22 or a further welding layer and thereby locally heats the welding bead 21.
  • the further welding device 14 in the welding direction 100 is behind the Welding device 11 is arranged (or the distance 13 is selected in such a way) that the welding bead 21 is heated with the aid of the heat introduction device 12 after the welding bead 21 has locally cooled to a temperature below 500 ° C. (and for example below the tempering temperature 50) is.
  • the weld bead first cools to a temperature of 800 ° C. in a first point in time t1, to a temperature of 500 ° C. in a third point in time t3 and then cools down below 500 ° C. before (again) ) is heated.
  • the heating then takes place to a temperature above the tempering temperature 50.
  • a reduction in hardness in the area of the weld bead 21 can thus be achieved before it has cooled to a temperature which is necessary or responsible for the formation of cold cracks.
  • the weld bead then cools down further.
  • the generation of the welding bead 21 and the further welding bead 22 is preferably carried out in a forced position, in particular in a PC, that is to say deviating from the tub position PA.
  • the distance 13 between the welding device 11 and the further welding device 14 is selected in each case in the illustrated exemplary embodiments of the present invention in such a way that the welding bead 21 is (re) heated with the aid of the further welding device 14 (and thus with the aid of the heat introduction device 12) the welding bead 21 has solidified. It is thus possible for the welding device 11 to form the welding bead 21 when it is being produced
  • Melt pool 23 is formed separately from the further weld pool 24 of the further weld bead 22.
  • austenitic and ferritic filler materials are used. It is also possible to carry out the process using a combination of filler materials, the use of austenitic filler materials being particularly recommended in order to avoid cold cracks in the area of the weld bead 21 (or root position).
  • FIG. 5 shows a temperature measurement according to an exemplary embodiment of the present invention, in particular for determining the desired distance 13 between the welding device 11 and the further welding device 14.
  • a temperature measuring device 31 is introduced into the area of the welding bead 21 with the aid of a bore 31 ′ formed in the further pre-component 3.
  • a further temperature measuring device 32 is also a further temperature measuring device 32 in the region of the further welding bead 22.
  • the temperature profile of the welding bead 21 can be determined in one or more test measurements. Taking into account the welding speed, the distance 13 between the welding device 11 and the further welding device 14 can then be selected such that the further welding device 14 passes the welding bead 21 after or during the cooling of the welding bead 21 to the desired temperature and thus re-heats the welding bead 21 , According to this embodiment, the thermal effect of both devices (ie the welding device 11 and the further welding device 14) can be recorded.
  • Such (trial) measurements can thus be used to arrange a welding device 11 and a heat introduction device 12 in the welding direction 100 at a distance 13 from one another, the distance 13 between the welding device 11 and the heat introduction device 12 being selected such that the welding bead 21 is heated with the aid of the heat introduction device 12 after the weld bead 21 has solidified (and in particular has cooled to a desired temperature).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einermehrlagigen Verbund- bramme aus mindestens zwei Vorkomponenten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: -- in einem ersten Schritt werden die Vorkomponenten bereitgestellt, -- in einem zweiten Schritt, nach dem ersten Schritt, wird mithilfe einer Schweißanordnung eine Schweißnaht zwischen den Vorkomponenten ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißanordnung eine Schweißeinrichtung und eine Wärmeeinbringeinrichtung umfasst, wobei mithilfe der Schweißeinrichtung eine Schweißraupe der Schweißnaht ausgebildet wird, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung im zweiten Schritt relativ zu den Vorkomponenten in eine Schweißrichtung eine Relativbewegung ausführen, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung in Schweißrichtung in einem Abstand zueinander angeordnet sind,wobei der Abstand der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung derart gewählt ist, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe erstarrt ist, wobei mindestens eine der Vorkomponenten (2, 3) brammenförmig ist.

Description

BESCHREIBUNG
Titel
Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Verbundbramme, Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds sowie Schweißanordnung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Verbund- bramme aus mindestens zwei Vorkomponenten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
-- in einem ersten Schritt werden die Vorkomponenten bereitgestellt,
-- in einem zweiten Schritt, nach dem ersten Schritt, wird mithilfe einer Schweißanordnung eine Schweißnaht zwischen den Vorkomponenten ausgebildet. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds sowie eine Schweißan- ordnung zur Erzeugung einer Schweißnaht zwischen Vorkomponenten.
Oft stellen die Eigenschaftsprofile von Werkstoffen, insbesondere auch Stahlwerkstoffen, einen Kompromiss zwischen verschiedenen Anforderungen, die sich aus der Herstellung und dem Einsatz von Bauteilen ergeben, dar. So ist beispielsweise bei verschleißbeanspruchten Bauteilen eine hohe Härte bzw. Festigkeit hinsichtlich einer maximalen Lebensdauer gefor- dert, während diese aus fertigungstechnischer Sicht bei der Herstellung derartiger Bauteile häufig limitiert werden muss, sodass die Lebensdauer ebenfalls limitiert wird. Beispielhaft, mit Blick auf den automobilen Leichtbau, ist ein gleichzeitiges Maximieren gegenläufiger Ei- genschaften, wie der Festigkeit und des Umformvermögens (Duktilität), in einem Bauteil er- forderlich. Das Erreichen einer Steigerung gegenläufiger Eigenschaften in einem Konstrukti- onswerkstoff ist mit einem monolithischen Werkstoff nahezu unmöglich. Deshalb werden in diesem Zusammenhang häufig mehrlagige Stahlwerkstoffverbunde verwendet. Solche Werkstoffverbunde werden insbesondere durch Warmwalzplattieren, aus mehrlagigen, auch als Verbundbrammen bezeichneten, Ausgangsblöcken gefertigt, die zu Warmband des Werkstoffverbundes ausgewalzt werden. Die Herstellung solcher Verbundbrammen stellt einen zusätzlichen Fertigungsschritt dar, der auf der Kostenseite dem erreichbaren techni- schen Zusatznutzen gegenübergestellt werden muss. Um ein wirtschaftlich vorteilhaftes Pro- dukt erzeugen zu können, ist es daher vorteilhaft, alle Teilfertigungsschritte durch technische Möglichkeiten hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit zu optimieren. Eine Möglichkeit der Herstellung einer Verbundbramme wird beispielsweise in der DE 10 2005 006 606 B3 beschrieben, wobei mindestens zwei im Wesentlichen quaderförmige Plat- ten, mit ihren oberflächenbehandelten Oberflächen aufeinandergelegt werden und miteinan- der zu einer Verbundbramme verschweißt werden. Die Verbundbramme wird dann auf eine Warmwalzanfangstemperatur erwärmt und zu einem coilfähigen walzplattierten Warmband warmgewalzt.
Aufgrund der Abmessungen der Vorkomponenten/Verbundlagen erfolgt die Schweißung typischerweise abweichend von der Wannenlage PA. Die dabei nicht vorhandene geometri- sche Fixierung des Schmelzbades und der Hilfsmittel schränkt die Anwendbarkeit von Ver- fahren mit hoher Abschmelzleistung, wie beispielsweise des Unterpulverschweißens (UP- Schweißen), stark ein. Auch beim Metall-Schutzgas-Schweißen (MSG-Schweißen) kann es bei zu großem Schmelzbad zu Bindefehlern und bei zu großer Leistung des Lichtbogens zu tiefen Einbrandkerben kommen. Des Weiteren besteht bei zu hoher Wärmeeinbringung die Gefahr der Überhitzung des Schmelzbades, welche sich beispielsweise in der Bildung von Poren äußern kann. Aufgrund der Dicke der Verbundbrammen und deren chemischer Zu- sammensetzung besteht zudem die Gefahr der Bildung von Bereichen hoher Härte und Kalt rissen, typischerweise in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht. Diesem muss üblicher- weise durch das Vorwärmen der Vorkomponenten/Verbundlagen Rechnung getragen wer- den. Eine hohe Wärmeeinbringung/Streckenenergie ist ferner zur Vermeidung dieser uner- wünschten Eigenschaften vorteilhaft. Es besteht somit häufig ein Zielkonflikt zwischen hoher Streckenenergie und großem Schmelzbad und damit der Wirtschaftlichkeit und der Prozess- stabilität bzw. der Vermeidung von Ungänzen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer mehrla- gigen Verbundbramme bereitzustellen, mit dem Kosten, Herstellungsaufwand und die Gefahr der Ausbildung von Bindefehlern und Poren reduziert werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer mehrla- gigen Verbundbramme aus mindestens zwei Vorkomponenten, wobei das Verfahren die fol genden Schritte umfasst:
-- in einem ersten Schritt werden die Vorkomponenten bereitgestellt,
-- in einem zweiten Schritt, nach dem ersten Schritt, wird mithilfe einer Schweißanordnung eine Schweißnaht zwischen den Vorkomponenten ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißanordnung eine Schweißeinrichtung und eine Wärmeeinbringeinrichtung umfasst, wobei mithilfe der Schweißeinrichtung eine Schweißraupe der Schweißnaht ausge- bildet wird, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung im zweiten Schritt relativ zu den Vorkomponenten in eine Schweißrichtung eine Relativbewegung aus- führen, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung in Schweißrichtung in einem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung derart gewählt ist, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe erstarrt ist, wobei min- destens eine der Vorkomponenten brammenförmig ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Verbundbramme aus mindestens zwei Vorkomponenten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
-- in einem ersten Schritt werden die Vorkomponenten bereitgestellt,
-- in einem zweiten Schritt, nach dem ersten Schritt, wird mithilfe einer Schweißanordnung eine Schweißnaht zwischen den Vorkomponenten ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißanordnung eine Schweißeinrichtung und eine Wärmeeinbringeinrichtung umfasst, wobei mithilfe der Schweißeinrichtung eine Schweißraupe der Schweißnaht ausge- bildet wird, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung im zweiten Schritt relativ zu den Vorkomponenten in eine Schweißrichtung eine Relativbewegung aus- führen, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung in Schweißrichtung in einem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung derart gewählt ist, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe erstarrt ist.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, die Abkühlzeit der Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringvorrichtung, die die Schweißraupe lokal erneut erwärmt, zu erhöhen. Gleich- zeitig kann die Schmelzbadgröße vergleichsweise gering gehalten werden, was die Gefahr der Ausbildung von Bindefehlern und Poren reduziert. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, dass die untere Nahtflanke eine Stützwirkung auf das Schmelzbad ausübt. Aufgrund des vergleichsweise kleinen Schmelzbades (bei der Ausbildung der Schweißraupe) ist die Anfor- derung an diese Stützwirkung geringer als dies bei einem großen Schmelzbad der Fall wäre. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Schweißeinrichtung in Schweißrichtung vor der Wärmeeinbringeinrichtung angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist es insbesondere vorgese- hen, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung in einem Bereich lokal erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe in diesem Bereich bereits erstarrt ist. Es ist denk- bar, dass ein kontinuierlicher Schweißprozess bereitgestellt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinrich- tung in einem Abstand angeordnet sind. Somit ist eine räumliche Trennung der beiden Punk- te gegeben, an denen Wärme in das Material eingebracht wird. Insofern ist der Punkte der Wärmeeinbringung durch die Schweißeinrichtung und der Punkt der Wärmeeinbringung durch die Wärmeeinbringeinrichtung getrennt, wodurch der Grad der Abkühlung im Nahtbe- reich eingestellt werden kann.
Die Relativbewegung, die die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung im zweiten Schritt relativ zu den Vorkomponenten in die Schweißrichtung ausführen, kann bei- spielsweise dadurch erreicht werden, dass die Vorkomponenten an einer stationären Schweißanordnung vorbeibewegt werden, als auch dadurch, dass die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung an unbeweglich angeordneten Vorkomponenten bzw. der zu erzeugenden Schweißnaht entlang bewegt werden. Auch eine Kombination aus beidem, also aus einer Bewegung sowohl der Schweißanordnung als auch der Vorkomponenten, ist denkbar.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt möglich, dass die Vorkomponenten vollumfänglich ver- schweißt werden.
Es ist erfindungsgemäß denkbar, dass die mehrlagige Verbundbramme aus mehr als zwei Vorkomponenten, beispielsweise aus drei oder mehr Komponenten, gefertigt wird.
Bevorzugt ist es erfindungsgemäß denkbar, dass es sich bei den Vorkomponenten um Stahlvorkomponenten handelt, wobei die mehrlagige Verbundbramme ein Stahlausgangs- block ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprü- chen.
Beim Schweißen ist es grundsätzlich das Ziel, eine dauerhafte Verbindung zwischen zwei Bauteilen/Komponenten zu schaffen, die die an sie gestellten Anforderungen, beispielsweise an die mechanische Belastbarkeit, dauerhaft erträgt. Die Vorgehensweise und das gewählte Schweißverfahren hängen von der Geometrie der Verbindung, der chemischen Zusammen- setzung und der Gefüge der Grundwerkstoffe, der Zugänglichkeit und der Wirtschaftlichkeit ab. Dabei besteht die Absicht, die Schweißverbindung unter möglichst hoher Wirtschaftlich- keit und Prozesssicherheit zu erzeugen. Der Wirtschaftlichkeit ist eine möglichst hohe Ab- schmelzleistung zuträglich. Diese bewirkt ein hohes eingebrachtes Nahtvolumen in kurzer Zeit. Bekannte Hochleistungs-Schweißprozesse, wie beispielsweise das Unterpulver- Schweißen (UP-Schweißen) oder das MSG-Mehrdrahtschweißen, weisen jedoch diverse Nachteile auf, die ihre Anwendung in vielen Situationen umständlich, teuer oder gar unmög- lich machen.
Die erfindungsgemäßen Vorteile ergeben sich insbesondere gegenüber der Anwendung von bekannten UP-Schweißverfahren. Die Anwendbarkeit des UP-Schweißens ist insbesondere in Zwangslagen, wie beispielsweise PC, generell stark eingeschränkt, da das für den Pro- zess notwendige Pulver mit aufwendigen technischen Hilfsmitteln am Ort des Prozesses gehalten werden muss und nicht, wie bei der üblicherweise für diesen Prozess angewende- ten Lage PA, einfach aufgeschüttet werden kann. Außerdem ist für den UP-Prozess ein ho- hes Schmelzbadvolumen typisch. Dieses kann jedoch häufig nicht oder nur eingeschränkt erreicht werden, beispielsweise in Zwangslagen wie PC, da die durch das Werkstück gege- bene Stützwirkung wesentlich geringer als bei der Position PA ist und es damit zu einem „Weglaufen“ des Schmelzbades aus der Nahtfuge kommen kann. Weiterhin kann sich die verfahrensübliche Einbringung von diffusiblem Wasserstoff besonders bei Werkstoffen mit hohem Kohlenstoffäquivalent CET und großen Blechdicken negativ auf die Kaltrisssicherheit auswirken.
Die erfindungsgemäßen Vorteile ergeben sich insbesondere auch gegenüber der Anwen- dung von bekannten MSG-Mehrdrahtschweißverfahren, wie beispielsweise dem Tandem- oder Doppeldrahtschweißen. Bei bekannten MSG-Mehrdrahtschweißverfahren schmelzen mehrere Schweißdrähte in einem gemeinsamen und somit großen Schmelzbad. MSG- Mehrdrahtschweißen wird üblicherweise zur Erreichung hoher Schweißgeschwindigkeiten eingesetzt. Bei Anwendung des Mehrdrahtschweißens mit einer für das MSG- Eindrahtschweißen üblichen Geschwindigkeit besteht allerdings die Gefahr der Bildung von Bindefehlern durch vorlaufendes Schweißgut und die Gefahr der Überhitzung des Schmelz- bades. Damit eignet sich das MSG-Mehrdrahtschweißen zwar zur Erhöhung der Abschmelz- leistung pro Zeiteinheit, der maximal in einer Lage erzielbare Schweißnahtquerschnitt unter- scheidet sich aber nicht wesentlich von bekannten MSG-Eindrahtschweißverfahren. Die Wärmeeinbringung korrespondiert mit der Abschmelzleistung. Auch hier besteht aufgrund der hohen Schweißgeschwindigkeit trotz der hohen Abschmelzleistung kein deutlicher Un- terschied zwischen Eindraht- und Mehrdrahttechnik.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der zwei- te Schritt, insbesondere die Ausbildung der Schweißnaht, in einer Zwangslage ausgeführt wird, bevorzugt in PC, d.h. waagerechtes Schweißen an einer senkrechten Wand. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Abmessungen der Vorkomponenten bzw. der zu erstellen- den Verbundbramme zu berücksichtigen. Es ergeben sich besonders vorteilhafte Anwen- dungsmöglichkeiten zur Erzeugung von Verbundbrammen, die beispielsweise mit bekannten UP-Schweißverfahren oder MSG-Mehrdrahtschweißverfahren mit nur einem Schmelzbad nicht erzielbar wären.
In der Schweißtechnik werden die Einflussgrößen elektrische Leistung, thermischer Wir- kungsgrad des Verfahrens und Schweißgeschwindigkeit durch den Begriff„Wärmeeinbrin- gen“ beschrieben. Es gilt:
Q=U * l/v * eta.
Hierbei ist:
Q=Wärmeeinbringen in J/mm,
U=elektrische Spannung in V,
l=Stromstärke in A,
v=Schweißgeschwindigkeit in mm/s, und
eta=relativer thermischer Wirkungsgrad.
Zur Vermeidung hoher Aufhärtung und Reduzierung der Kaltrissgefahr ist ein hohes Wärme- einbringen vorteilhaft. Ausschlaggebende Größe bei großen Blechdicken und hohem Koh- lenstoffäquivalent ist dabei die Neigung zu Kaltrissen, welche im Stahl-Eisen-Werkstoffblatt SEW088 beschrieben ist. Die darin angegebene Formel zur Festlegung der Mindestvor- wärmtemperatur berücksichtigt die für die Rissneigung verantwortlichen Einflussgrößen:
T0 = 700 CET + 160 tanh(d/35) + 62 (HD)A(0.35) + (53 CET - 32) Q - 330.
Hierbei beschreiben die einzelnen Symbole folgendes:
T0; die Mindestvorwärmtemperatur zur Vermeidung von Rissen in“Celsius
CET: Kohlenstoffäquivalent (min. 0,18; max. 0,45)
d: Blechdicke in mm (min. 10; max. 90)
HD: diffusibeler Wasserstoff in cmA(3)/100g deponierten Schweißguts (min. 1 ; max. 20)
Q: Wärmeeinbringung in kJ/mm (min. 1 ; max. 4).
Bei der Herstellung von Verbundbrammen werden als mindestens eine der Vorkomponenten üblicherweise Bleche mit einer Dicke > 90 mm verwendet, was grundsätzlich eine höhere Vorwärmtemperatur, als die in SEW088 für die Blechdicke von 90 mm beschriebene, erfor- dert. Aus der oben angegebenen Formel ist ersichtlich, dass bei gegebener Blechdicke und gegebenem CET, die Minimierung von HD und die Maximierung von Q zur Reduzierung der Mindestvorwärmtemperatur und damit zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Prozess- sicherheit beitragen können. HD kann durch die Wahl des Prozesses und die Einhaltung bestimmter Randbedingungen, wie beispielsweise der Trockenhaltung der Fügepartner, re- duziert werden. Hierbei ist insbesondere das MSG-Schweißen dem UP-Schweißen vorzu- ziehen. Q kann durch Erhöhung der elektrischen Leistung und Verringerung der Schweißge- schwindigkeit gesteigert werden. Dies bewirkt eine erhöhte Zeit für die Abkühlung der Naht und begünstigt in geringem Maße die Diffusion von Wasserstoff aus dem Nahtbereich in die Umgebung und bewirkt eine erhöhte Abkühlzeit t8/5. Mit sinkender Abkühlrate, also steigen- der ts/s-Zeit, geht die Gefügeumwandlung von diffusionslosen Vorgängen wie der Bildung von Martensit, zu diffusionsgesteuerten Vorgängen über, in deren Folge sich z.B. Ferrit oder Per- lit bilden. Hiermit sinkt in den betroffenen Bereichen die Härte und damit die Gefahr der Bil dung von Kaltrissen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ab- stand der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung derart gewählt ist, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung erwärmt wird, bevor die Schweißraupe auf oder unter 800°C abgekühlt ist, wobei insbesondere die Wärmeeinbringung für die Schweißraupe durch die Wärmeeinbringeinrichtung derart erhöht wird, dass eine t8/5-Zeit der Schweißraupe - insbesondere im Vergleich zu einer Ausbildung der Schweißraupe ohne eine Erwärmung mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung - erhöht ist. Hierdurch kann die Här- te des Gefüges vorteilhaft verringert werden und dennoch ein kosteneffizienter Prozess be- reitgestellt werden. Dies kann besonders vorteilhaft dadurch erzielt werden, dass die Wär- meeinbringeinrichtung unmittelbar hinter der Schweißeinrichtung angeordnet ist, insbesonde- re derart, dass die Wärmeeinbringeinrichtung die Schweißraupe unmittelbar nach deren (lo- kalem) Erstarren erwärmt (insbesondere (deutlich) oberhalb 800°C). Es ist entsprechend möglich, dass die Abkühlzeit t8/5 erhöht wird und dennoch ein vergleichsweise kleines Schmelzbad vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Ab- stand der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung derart gewählt ist, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung eine Temperatur zwischen 800°C und 500°C bei einer Abkühlung der Schweißraupe zweifach durchläuft. Hierdurch ist es möglich, die Abkühlzeit der Schweißraupe zu verlängern, was, im Vergleich zur Anwendung von nur einer Schweißeinrichtung ohne eine zusätzliche Wärmeeinbringeinrichtung, eine Verringe- rung der Härte im Bereich der Schweißraupe bewirkt. Die Erwärmung der Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung findet dabei bevorzugt statt, nachdem die Schweiß- raupe auf eine Temperatur oberhalb von 500°C abgekühlt ist, beispielsweise auf eine Tem- peratur zwischen 500°C und 600 °C.
Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Ab- stand der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung derart gewählt ist, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung erwärmt wird, nachdem die Schweiß- raupe auf eine Temperatur unterhalb von 500°C abgekühlt ist, wobei die Schweißraupe mit- hilfe der Wärmeeinbringeinrichtung bevorzugt auf eine Temperatur auf oder oberhalb einer Anlasstemperatur erwärmt wird. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Härte der Schweiß- raupe zu verringern, bevor diese auf eine Temperatur abgekühlt ist, die für die Entstehung von Kaltrissen notwendig bzw. verantwortlich ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung auf eine Temperatur auf oder oberhalb einer Anlasstemperatur erwärmt wird.
Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass eine Messung der Abkühlzeit t8/5 der Schweißraupe nach SEW088 vorgenommen werden kann. Hierdurch können einzelne Parameter, insbe- sondere der optimale Abstand der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung, besonders vorteilhaft derart ermittelt werden, dass der gewünschte Temperaturverlauf der Schweißraupe erhalten wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine solche Temperaturmessung mithilfe der Thermoelement-Einstechmethode im Be- reich der Wurzel, also der Schweißraupe, durch eine eingebrachte Bohrung ermöglicht wer- den. Insbesondere ist es denkbar, dass hierbei die Wärmewirkung sowohl der Schweißein- richtung als auch der Wärmeeinbringeinrichtung erfassbar ist. Gemäß einer alternativen Aus- führungsform kann eine derartige Parameterermittlung durch Durchführung einer Tempera- turmessung an der Oberfläche der Schweißraupe erfolgen. Hierbei würde jedoch nur die Abkühlung der Schweißraupe nach dem Passieren der Schweißeinrichtung erfasst. Der ge- wünschte Zeitpunkt des Passierens der Wärmeeinbringeinrichtung kann dann jedoch an die ser Messung orientiert werden. Wenn beispielsweise die Wunschtemperatur der Schweiß- raupe bei Einwirken der Wärmeeinbringeinrichtung 600°C beträgt, kann wie folgt vorgegan- gen werden. Die Abkühlzeit der Schweißraupe auf die Wunschtemperatur wird ermittelt (ins- besondere durch Temperaturmessung an der Oberfläche der Schweißraupe). Der Abstand zwischen der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung (bzw. deren jeweiligem Wärmeeinbringzentrum) wird dann unter Berücksichtigung der Schweißgeschwindigkeit mit- hilfe des Zusammenhangs:
Abstand = Abkühlzeit * Schweißgeschwindigkeit, ermittelt. Angenommen, dass die Wunschtemperatur beispielsweise nach 8 Sekunden Ab- kühlzeit nach dem Passieren des Lichtbogens der Schweißeinrichtung erreicht ist, ergibt sich für eine beispielhaft angenommene Schweißgeschwindigkeit von 32 cm/min = 5,33 mm/s somit ein Abstand zwischen der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung (bzw. deren jeweiligem Wärmeeinbringzentrum) von 8s * 5,33 mm/s= 42,6 mm.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise die folgenden Parameter/Randbedingungen möglich:
-- Gemeinsame Parameter/Randbedingungen: Schweißgeschwindigkeit 28 bis 35 cm/min, Drahtdurchmesser 1 ,2 mm, Mischgas M21 bei 20 l/min (je Brenner).
-- Parameter erster Brenner (bzw. Schweißeinrichtung): Geschwindigkeit Drahtvorschub 10 m/min, Schweißstrom 325 A, Schweißspannung 30,5 V.
-- Parameter zweiter Brenner (bzw. weitere Schweißeinrichtung): Geschwindigkeit Draht- vorschub 8,7 m/min, Schweißstrom 215 A, Schweißspannung 28,7 V.
Andere Parameter/Randbedingungen und Kombinationen sind jedoch erfindungsgemäß ebenfalls denkbar.
Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass mindes- tens eine, insbesondere alle, der Vorkomponenten brammenförmig ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Wär- meeinbringeinrichtung eine weitere Schweißeinrichtung umfasst, wobei mithilfe der weiteren Schweißeinrichtung eine weitere Schweißraupe der Schweißnaht ausgebildet wird, wobei die weitere Schweißeinrichtung insbesondere eine Metall-Schutzgas-Schweißeinrichtung, MSG- Schweißeinrichtung, ist. Hierdurch ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine mehrlagige Schweißnaht auszubilden. Die weitere Schweißeinrich- tung bildet dabei insbesondere eine weitere Schweißlage auf einer mithilfe der Schweißein- richtung ausgebildeten Schweißlage, insbesondere Schweißraupe, aus. Somit kann die durch die weitere Schweißeinrichtung zugeführte Wärmeenergie bei der Ausbildung der wei- teren Schweißraupe gleichzeitig die Schweißraupe erwärmen. Der Abstand der Schweißein- richtung und der weiteren Schweißeinrichtung wird dabei vorteilhafterweise derart gewählt, dass die Schweißraupe mithilfe der weiteren Schweißeinrichtung erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe in diesem Bereich erstarrt ist.
Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt, dass ein Schmelzbad der Schweißraupe separat von einem weiteren Schmelzbad der weiteren Schweißraupe ausgebildet wird. Hierdurch ist es möglich, dass die Schweißeinrichtung und die weitere Schweißeinrichtung kein gemeinsames und daher großes Schmelzbad ausbil- den. Entsprechend kann die Gefahr der Ausbildung von Bindefehlern und Poren reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeeinbringeinrichtung die Schweißraupe unter Verbrennung von Gasen, unter Verwen- dung elektrischer Lichtbögen, unter Verwendung von Induktion und/oder unter Verwendung von Teilchen- oder optischer Strahlung erwärmt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schweißeinrichtung eine Metall-Schutzgas-Schweißeinrichtung, MSG-Schweißeinrichtung, umfasst. Dadurch kann die Schweißraupe durch ein MSG-Schweißverfahren ausgebildet werden.
Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass zur Ausbil- dung der Schweißraupe und/oder zur Ausbildung der weiteren Schweißraupe ein oder meh- rere austenitische und/oder ein oder mehrere ferritische Zusatzwerkstoffe verwendet werden. Es ist denkbar, die Ausbildung der Schweißraupe und/oder die Ausbildung der weiteren Schweißraupe unter Verwendung einer Kombination von Zusatzwerkstoffen durchzuführen, wobei sich zur Vermeidung von Kaltrissen im Bereich der Schweißraupe, also insbesondere der Wurzellage, die Verwendung von austenitischen Zusatzwerkstoffen besonders empfiehlt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds, insbesondere Stahlwerkstoffverbunds, auf Grundlage einer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Verbundbramme, wobei in einem dritten Schritt, nach dem zweiten Schritt, die Verbundbramme zu Warmband des Werkstoff- verbunds ausgewalzt wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schweißanordnung zur Erzeu- gung einer Schweißnaht zwischen Vorkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißanordnung eine Schweißeinrichtung und eine Wärmeeinbringeinrichtung umfasst, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung zur Ausführung einer Rela- tivbewegung relativ zu den Vorkomponenten in eine Schweißrichtung ausgeführt sind, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung in Schweißrichtung in einem Ab- stand zueinander angeordnet sind, wobei die Schweißeinrichtung zur Ausbildung einer Schweißraupe konfiguriert ist, wobei der Abstand der Schweißeinrichtung und der Wärme- einbringeinrichtung derart gewählt ist, dass die Schweißraupe mithilfe der Wärmeeinbringein- richtung erwärmbar ist, nachdem die Schweißraupe erstarrt ist, wobei mindestens eine der Vorkomponenten brammenförmig ist
Ferner ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Schweißanordnung zur Erzeu- gung einer Schweißnaht zwischen Vorkomponenten, wobei die Schweißanordnung eine Schweißeinrichtung und eine Wärmeeinbringeinrichtung umfasst, wobei die Schweißeinrich- tung und die Wärmeeinbringeinrichtung zur Ausführung einer Relativbewegung relativ zu den Vorkomponenten in eine Schweißrichtung ausgeführt sind, wobei die Schweißeinrichtung und die Wärmeeinbringeinrichtung in Schweißrichtung in einem Abstand zueinander ange- ordnet sind, wobei die Schweißeinrichtung zur Ausbildung einer Schweiß konfiguriert ist, wobei der Abstand der Schweißeinrichtung und der Wärmeeinbringeinrichtung derart ge- wählt ist, dass die Schweiß mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung erwärmbar ist, nachdem die Schweiß erstarrt ist.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Verbundbramme sowie die erfin dungsgemäße Schweißanordnung können die Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile An- wendung finden, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstel- lung einer mehrlagigen Verbundbramme oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer mehrlagigen Verbundbramme be- schrieben worden sind.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnun- gen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen an- hand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausfüh- rungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schweißanordnung zur Erzeugung eine Schweißnaht zwischen Vorkomponenten bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagi- gen Verbundbramme gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt einen ersten Temperaturverlauf einer Schweißraupe gemäß einem ersten Aus- führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einem zweiten Tem- peraturverlauf gemäß dem Stand der Technik. Figur 3 zeigt einen dritten Temperaturverlauf einer Schweißraupe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 4 zeigt einen vierten Temperaturverlauf einer Schweißraupe gemäß einem dritten Aus- führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 5 zeigt eine Temperaturmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, insbesondere zur Ermittlung des gewünschten Abstands zwischen der Schweiß- einrichtung und der weiteren Schweißeinrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Schweißanordnung 10 zur Erzeugung einer Schweißnaht 20 zwischen Vorkomponenten 2, 3 bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Verbundbramme 1 während eines zweiten Schritts gemäß einer Ausfüh- rungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die beiden Vorkomponenten 2, 3 wurden zuvor in einem ersten Schritt übereinander und angrenzend aneinander angeordnet. Die Schweißanordnung 10 umfasst eine Schweißeinrichtung 11 und eine Wärmeeinbringeinrich- tung 12, die eine weitere Schweißeinrichtung 14 aufweist. Sowohl die Schweißeinrichtung 11 als auch die weitere Schweißeinrichtung 14 sind als MSG-Schweißeinrichtungen ausgebil- det. Die Schweißeinrichtung 1 1 und die weitere Schweißeinrichtung 14 bewegen sich im zweiten Schritt relativ zu den Vorkomponenten 2, 3 in eine Schweißrichtung 100 (dargestellt durch den Pfeil 100). Die beiden Schweißeinrichtungen 1 1 , 14 sind dabei in einem Abstand 13 in Schweißrichtung 100 voneinander beabstandet angeordnet, wobei die Schweißeinrich- tung 11 in Schweißrichtung 100 vor der weiteren Schweißeinrichtung 14 angeordnet ist. Die Schweißeinrichtung 1 1 erzeugt eine Schweißraupe 21 in Form einer Wurzellage der
Schweißnaht 20. Die weitere Schweißeinrichtung 14 bildet eine weitere Schweißraupe 22 aus. Durch den Abstand 13, ist das Schmelzbad 23 der Schweißraupe 21 unterhalb bzw. neben der weiteren Schweißeinrichtung 14 bereits lokal erstarrt, so dass die weitere
Schweißeinrichtung 14 ein eigenes weiteres Schmelzbad 24 ausbildet. Vorteilhafterweise erzeugen die Schweißeinrichtung 11 und die weitere Schweißeinrichtung 14 somit kein ge- meinsames Schmelzbad, sondern separate Schmelzbäder 23, 24. Die weitere Schweißein- richtung 14 erwärmt den unter bzw. neben ihr angeordneten Bereich der dort bereits erstarr- ten Schmelzraupe 21 wieder und verlängert somit die Abkühlzeit der Schmelzraupe 21. Die Ausbildung der Schweißnaht 10 findet insbesondere in einer Zwangslage, besonders bevor- zugt in PC, statt. In Figur 2 ist ein erster Temperaturverlauf 41 einer Schweißraupe 21 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einem zweiten Temperaturverlauf 42 gemäß dem Stand der Technik für einen festen örtlichen Punkt einer Schweißraupe 21 gezeigt. Dargestellt ist eine Temperaturachse„T“ in“Celsius (°C) und eine Zeitachse„t“ in Sekunden (s). Der aus dem Stand der Technik bekannte zweite Temperatur- verlauf 42 entspricht dem Temperaturverlauf einer Schweißraupe, die mit einem einzelnen Brenner mit einem MSG-Schweißverfahren erzeugt wurde. Im Gegensatz dazu beschreibt der erste Temperaturverlauf 41 den Temperaturverlauf einer Schweißraupe 21 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Schweißeinrichtung 1 1 (insbesondere ein Brenner) und zusätzlich eine von der Schweißeinrichtung 1 1 in einem Ab- stand 13 (in Schweißrichtung 100 nach hinten versetzt) angeordnete Wärmeeinbringeinrich- tung 12 verwendet wird. Insbesondere umfasst die Wärmeeinbringeinrichtung 12 dabei eine weitere Schweißeinrichtung 14, die im Abstand 13 zu der Schweißeinrichtung 1 1 angeordnet ist. Sowohl die Schweißeinrichtung 1 1 als auch die weitere Schweißeinrichtung 14 sind als MSG-Schweißeinrichtungen ausgebildet. Die Schweißeinrichtung 1 1 erzeugt die Schweiß- raupe 21 bzw. Schweißlage. Die weitere Schweißeinrichtung 14 bringt eine weitere Schweiß- raupe 22 bzw. weitere Schweißlage auf. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Temperaturverlauf 41 für einen Fall gezeigt, bei dem die weitere Schweißeinrichtung 14 der- art hinter der Schweißeinrichtung 1 1 angeordnet ist, dass die Schweißraupe 21 unmittelbar nach dem Erstarren (und bevor die Schweißraupe 21 unter 800°C abgekühlt ist) durch die weitere Schweißeinrichtung 14 erwärmt wird. Hierdurch verlängert sie die t8/5-Zeit des ersten Temperaturverlaufs 41 , berechenbar durch den vierten Zeitpunkt t4 (=Zeitpunkt, bei dem die Schweiß 21 gemäß erstem Ausführungsbeispiel auf 500°C abgekühlt ist) und den zweiten Zeitpunkt t2 (=Zeitpunkt, bei dem die Schweiß 21 gemäß erstem Ausführungsbeispiel auf 800°C abgekühlt ist), insbesondere gemäß t8/5 = t4 - 12, im Vergleich zur t8/5-Zeit des aus dem Stand der Technik bekannten zweiten Temperaturverlaufs 42, berechenbar durch den dritten Zeitpunkt t3 (=Zeitpunkt, bei dem die Schweiß gemäß Stand der Technik auf 500°C abgekühlt ist) und den ersten Zeitpunkt t1 (=Zeitpunkt, bei dem die Schweiß gemäß Stand der Technik auf 800°C abgekühlt ist), insbesondere gemäß t8/5 = t3 - 11. Somit ist es gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, eine erhöhte t8/5-Zeit zu erzielen, als dies mit einem bekannten Verfahren, welches lediglich einen Brenner verwen- det, der Fall wäre. Entsprechend kann die Härte und damit die Rissempfindlichkeit reduziert werden.
In Figur 3 ist ein dritter Temperaturverlauf 43 einer Schweißraupe 21 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dargestellt ist eine Tem- peraturachse„T“ in“Celsius (°C) und eine Zeitachse„t“ in Sekunden. Zum Vergleich ist der aus dem Stand der Technik bekannte zweite Temperaturverlauf 42 (Schweißnaht, die mit lediglich einem Brenner erzeugt wird) als gestrichelte Linie dargestellt. Im zweiten Ausfüh- rungsbeispiel werden eine Schweißeinrichtung 11 (insbesondere ein Brenner) und zusätzlich eine von der Schweißeinrichtung 1 1 in einem Abstand 13 (in Schweißrichtung 100 nach hin ten versetzt) angeordnete weitere Schweißeinrichtung 14 einer Wärmeeinbringeinrichtung 12 verwendet. Sowohl die Schweißeinrichtung 11 als auch die weitere Schweißeinrichtung 14 sind als MSG-Schweißeinrichtungen ausgebildet. Die Schweißeinrichtung 1 1 erzeugt die Schweißraupe 21. Die weitere Schweißeinrichtung 14 bringt eine weitere Schweißraupe 22 bzw. weitere Schweißlage auf und erwärmt dabei lokal die Schweißraupe 21. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist die weitere Schweißeinrichtung 14 in Schweißrichtung 100 derart hinter der Schweißeinrichtung 11 angeordnet (bzw. der Abstand 13 ist derart gewählt), dass die Schweißraupe 21 auf eine Temperatur zwischen 500°C und 800°C abgekühlt ist, bevor die Schweißraupe 21 mithilfe der weiteren Schweißeinrichtung 14 erwärmt wird. Durch die weitere Schweißeinrichtung 14 wird die Schweißraupe 21 dann auf eine Temperatur auf oder unter 800°C (und oberhalb von 500°C) erwärmt. Auf diese Weise wird ein Teilabschnitt des Temperaturbereichs zwischen 800°C und 500°C bei der Abkühlung der Schweißraupe 21 zweifach durchlaufen, wie am dritten Temperaturverlauf 43 ersichtlich. Die Schweißraupe 21 ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung demnach erst am Zeitpunkt t5 auf 500°C abgekühlt. Die für das Durchlaufen des Temperaturbereichs 800°C bis 500°C benötige Zeit kann somit durch den fünften Zeitpunkt t5 und den ersten Zeitpunkt t1 durch t5 - 11 berechnet werden. Im Vergleich dazu ist die für das Durchlaufen des Tempe- raturbereichs 800°C bis 500°C benötige Zeit für den aus dem Stand der Technik bekannten zweiten Temperaturverlauf 42 durch t3 - 11 gegeben und somit geringer als im zweiten Aus- führungsbeispiel.
In Figur 4 ist ein vierter Temperaturverlauf 44 einer Schweißraupe 21 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dargestellt ist eine Tem- peraturachse„T“ in“Celsius (°C) und eine Zeitachse„t“ in Sekunden. Im dritten Ausfüh- rungsbeispiel werden eine Schweißeinrichtung 1 1 und zusätzlich eine von der Schweißein- richtung 11 in einem Abstand 13 (in Schweißrichtung 100 nach hinten versetzt) angeordnete weitere Schweißeinrichtung 14 einer Wärmeeinbringeinrichtung 12 verwendet. Sowohl die Schweißeinrichtung 11 als auch die weitere Schweißeinrichtung 14 sind als MSG- Schweißeinrichtungen ausgebildet. Die Schweißeinrichtung 11 erzeugt die Schweißraupe 21. Die weitere Schweißeinrichtung 14 bringt eine weitere Schweißraupe 22 bzw. weitere Schweißlage auf und erwärmt dabei lokal die Schweißraupe 21. Beim dritten Ausführungs- beispiel ist die weitere Schweißeinrichtung 14 in Schweißrichtung 100 derart hinter der Schweißeinrichtung 1 1 angeordnet (bzw. der Abstand 13 ist derart gewählt), dass die Schweißraupe 21 mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung 12 erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe 21 lokal auf eine Temperatur unterhalb von 500°C (und beispielsweise unter- halb der Anlasstemperatur 50) abgekühlt ist. Die Schweißraupe kühlt also nach ihrer Auf- bringung zuerst in einem ersten Zeitpunkt t1 auf eine Temperatur von 800°C ab, in einem dritten Zeitpunkt t3 auf eine von Temperatur 500°C ab und danach unter 500°C ab, bevor sie (wieder-)erwärmt wird. Die Erwärmung findet dann auf eine Temperatur oberhalb der Anlass- temperatur 50 statt. Somit kann eine Verringerung der Härte im Bereich der Schweißraupe 21 erreicht werden, bevor diese auf eine Temperatur abgekühlt ist, die für die Entstehung von Kaltrissen notwendig bzw. verantwortlich ist. Nach dem Erwärmen kühlt die Schweiß- raupe dann weiter ab.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Erzeugung der Schweißraupe 21 und der weiteren Schweißraupe 22 bevorzugt in einer Zwangslage ausgeführt, insbesondere in PC, also abweichend von der Wannenlage PA. Der Abstand 13 der Schweißeinrichtung 11 und der weiteren Schweißeinrichtung 14 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung jeweils derart gewählt, dass die Schweißraupe 21 mithilfe der weite- ren Schweißeinrichtung 14 (und somit mithilfe der Wärmeeinbringvorrichtung 12) (wieder-) erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe 21 erstarrt ist. Somit ist es möglich, dass das durch die Schweißeinrichtung 11 beim Erzeugen der Schweißraupe 21 ausgebildete
Schmelzbad 23 separat von dem weiteren Schmelzbad 24 der weiteren Schweißraupe 22 ausgebildet ist.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es sowohl denkbar, dass austenitische als auch ferritische Zusatzwerkstoffe verwendet werden. Es ist auch möglich, den Prozess unter Verwendung einer Kombination von Zusatzwerkstoffen durchzuführen, wobei sich zur Ver- meidung von Kaltrissen im Bereich der Schweißraupe 21 (bzw. Wurzellage) die Verwendung von austenitischen Zusatzwerkstoffen besonders empfiehlt.
Alternativ zu der in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Verwendung eines weiteren MSG-Schweißeinrichtung 14 zur Ausbildung der weiteren Schweißraupe 22 und zur Erwärmung der Schweißraupe 21 , ist es denkbar, eine alternative Wärmequelle als Wärme- einbringeinrichtung 12 zu verwenden, beispielsweise eine Verbrennung von Gasen, Verwen- dung elektrischer Lichtbögen, Verwendung von Induktion und/oder Teilchen- oder optische Strahlung. In Figur 5 ist eine Temperaturmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, insbesondere zur Ermittlung des gewünschten Abstands 13 zwischen der Schweißeinrichtung 11 und der weiteren Schweißeinrichtung 14, gezeigt. Gemäß der gezeig- ten Ausführungsform wird eine Temperaturmesseinrichtung 31 mithilfe einer in der weiteren Vorkomponente 3 ausgebildeten Bohrung 31‘ in den Bereich der Schweißraupe 21 einge- bracht. Ferner ist eine weitere Temperaturmesseinrichtung 32 im Bereich der weiteren Schweißraupe 22 vorhanden. Mithilfe der Temperaturmesseinrichtungen, insbesondere mit- hilfe der Temperaturmesseinrichtung 31 , kann der Temperaturverlauf der Schweißraupe 21 in einer oder mehreren Probemessungen ermittelt werden. Unter Berücksichtigung der Schweißgeschwindigkeit kann der Abstand 13 der Schweißeinrichtung 11 und der weiteren Schweißeinrichtung 14 dann derart gewählt werden, dass die weitere Schweißeinrichtung 14 die Schweißraupe 21 nach bzw. bei der Abkühlung der Schweißraupe 21 auf die gewünschte Temperatur passiert und die Schweißraupe 21 somit neu erwärmt. Gemäß dieser Ausfüh- rungsform kann die Wärmewirkung beider Einrichtungen (also der Schweißeinrichtung 1 1 und der weiteren Schweißeinrichtung 14) erfasst werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform (nicht in Figur 5 dargestellt) kann eine derartige Parameterermittlung durch Durchführung einer Temperaturmessung an der Oberfläche der Schweißraupe 21 erfolgen. Hierbei würde jedoch nur die Abkühlung der Schweißraupe 21 nach dem Passieren der Schweißeinrichtung 11 erfasst. Der Zeitpunkt des Passierens der weiteren Schweißeinrichtung 14 kann dann jedoch an dieser Messung orientiert werden. Wenn beispielsweise die Wunschtemperatur der Schweißraupe 21 bei Einwirken der weite- ren Schweißeinrichtung 14 600°C beträgt, kann wie folgt vorgegangen werden. Die Abkühl- zeit der Schweißraupe 21 auf die Wunschtemperatur von 600°C wird gemessen. Der Ab- stand 13 zwischen der Schweißeinrichtung 11 und der weiteren Schweißeinrichtung 14 (bzw. deren jeweiligem Wärmeeinbringzentrum) wird dann unter Berücksichtigung der Schweißge- schwindigkeit mithilfe des Zusammenhangs Abstand = Abkühlzeit * Schweißgeschwindigkeit berechnet.
Durch derartige (Probe-)Messungen können somit eine Schweißeinrichtung 1 1 und eine Wärmeeinbringeinrichtung 12 in Schweißrichtung 100 in einem Abstand 13 zueinander an- geordnet werden, wobei der Abstand 13 der Schweißeinrichtung 11 und der Wärmeeinbrin- geinrichtung 12 derart gewählt wird, dass die Schweißraupe 21 mithilfe der Wärmeeinbrin- geinrichtung 12 erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe 21 erstarrt ist (und insbesondere auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt ist). Bezugszeichenliste
1 Verbundbramme
2 Vorkomponente
3 Vorkomponente
10 Schweißanordnung
1 1 Schweißeinrichtung
12 Wärmeeinbringeinrichtung
13 Abstand
14 weitere Schweißeinrichtung 20 Schweißnaht
21 Schweißraupe
22 weitere Schweißraupe
23 Schmelzbad
24 weiteres Schmelzbad
31 Temperaturmesseinrichtung
31 Bohrung
32 weitere T emperaturmesseinrichtung
41 erster temperaturverlauf
42 zweiter Temperaturverlauf
43 dritte Temperaturverlauf
44 vierter Temperaturverlauf
50 Anlasstemperatur
100 Schweißrichtung
t1 erster Zeitpunkt
t2 zweiter Zeitpunkt
t3 dritter Zeitpunkt
t4 vierter Zeitpunkt
t5 fünfter Zeitpunkt

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Verbundbramme (1 ) aus mindestens zwei Vorkomponenten (2, 3), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
-- in einem ersten Schritt werden die Vorkomponenten (2, 3) bereitgestellt,
-- in einem zweiten Schritt, nach dem ersten Schritt, wird mithilfe einer Schweißan- ordnung (10) eine Schweißnaht (20) zwischen den Vorkomponenten (2,3) ausgebil- det, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißanordnung (10) eine Schweißeinrich- tung (11 ) und eine Wärmeeinbringeinrichtung (12) umfasst, wobei mithilfe der Schweißeinrichtung (11 ) eine Schweißraupe (21 ) der Schweißnaht (20) ausgebildet wird, wobei die Schweißeinrichtung (1 1 ) und die Wärmeeinbringeinrichtung (12) im zweiten Schritt relativ zu den Vorkomponenten (2, 3) in eine Schweißrichtung (100) eine Relativbewegung ausführen, wobei die Schweißeinrichtung (11 ) und die Wär- meeinbringeinrichtung (12) in Schweißrichtung (100) in einem Abstand (13) zueinan- der angeordnet sind, wobei der Abstand (13) der Schweißeinrichtung (11 ) und der Wärmeeinbringeinrichtung (12) derart gewählt ist, dass die Schweißraupe (21 ) mithil- fe der Wärmeeinbringeinrichtung (12) erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe (21 ) erstarrt ist, wobei mindestens eine der Vorkomponenten (2, 3) brammenförmig ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schritt, insbe- sondere die Ausbildung der Schweißnaht (10), in einer Zwangslage ausgeführt wird, bevorzugt in PC.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (13) der Schweißeinrichtung (11 ) und der Wärmeeinbringeinrich- tung (12) derart gewählt ist, dass die Schweißraupe (21 ) mithilfe der Wärmeeinbrin- geinrichtung (12) erwärmt wird, bevor die Schweißraupe (21 ) auf oder unter 800°C abgekühlt ist,
wobei insbesondere die Wärmeeinbringung für die Schweißraupe (21 ) durch die Wärmeeinbringeinrichtung (12) derart erhöht wird, dass eine t8/5-Zeit der Schweiß- raupe (21 ) - insbesondere im Vergleich zu einer Ausbildung der Schweißraupe (21 ) ohne eine Erwärmung mithilfe der Wärmeeinbringeinrichtung (12) - erhöht ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (13) der Schweißeinrichtung (11 ) und der Wärmeeinbringeinrich- tung (12) derart gewählt ist, dass die Schweißraupe (21 ) mithilfe der Wärmeeinbrin- geinrichtung (12) eine Temperatur zwischen 800°C und 500°C bei einer Abkühlung der Schweißraupe (21 ) zweifach durchläuft.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (13) der Schweißeinrichtung (11 ) und der Wärmeeinbringeinrich- tung (12) derart gewählt ist, dass die Schweißraupe (21 ) mithilfe der Wärmeeinbrin- geinrichtung (12) erwärmt wird, nachdem die Schweißraupe (21 ) auf eine Temperatur unterhalb von 500°C abgekühlt ist, wobei die Schweißraupe (21 ) mithilfe der Wärme- einbringeinrichtung (12) bevorzugt auf eine Temperatur auf oder oberhalb einer An- lasstemperatur (50) erwärmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle der Vorkomponenten (2, 3) brammenförmig sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinbringeinrichtung (12) eine weitere Schweißeinrichtung (14) um- fasst, wobei mithilfe der weiteren Schweißeinrichtung (14) eine weitere Schweißraupe (22) der Schweißnaht (20) ausgebildet wird, wobei die weitere Schweißeinrichtung (14) insbesondere eine Metall-Schutzgas-Schweißeinrichtung ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmelzbad (23) der Schweißraupe (21 ) separat von einem weiteren Schmelzbad (24) der weiteren Schweißraupe (22) ausgebildet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinbringeinrichtung (12) die Schweißraupe (21 ) unter Verbrennung von Gasen, unter Verwendung elektrischer Lichtbögen, unter Verwendung von Induk- tion und/oder unter Verwendung von Teilchen- oder optischer Strahlung erwärmt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinrichtung (11 ) eine Metall-Schutzgas-Schweißeinrichtung, MSG- Schweißeinrichtung, umfasst.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Schweißraupe (21 ) und/oder zur Ausbildung der weiteren Schweißraupe (22) ein oder mehrere austenitische und/oder ein oder mehrere ferriti- sche Zusatzwerkstoffe verwendet werden.
12. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds, insbesondere Stahlwerkstoffver- bunds, auf Grundlage einer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestell- ten Verbundbramme (1 ), wobei in einem dritten Schritt, nach dem zweiten Schritt, die Verbundbramme (1 ) zu Warmband des Werkstoffverbunds ausgewalzt wird.
13. Schweißanordnung (10) zur Erzeugung einer Schweißnaht (20) zwischen Vorkompo- nenten (2,3), dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißanordnung (10) eine
Schweißeinrichtung (11 ) und eine Wärmeeinbringeinrichtung (12) umfasst, wobei die Schweißeinrichtung (11 ) und die Wärmeeinbringeinrichtung (12) zur Ausführung einer Relativbewegung relativ zu den Vorkomponenten (2, 3) in eine Schweißrichtung (100) ausgeführt sind, wobei die Schweißeinrichtung (11 ) und die Wärmeeinbringeinrich- tung (11 ) in Schweißrichtung (100) in einem Abstand (13) zueinander angeordnet sind, wobei die Schweißeinrichtung (11 ) zur Ausbildung einer Schweißraupe (21 ) konfiguriert ist, wobei der Abstand (13) der Schweißeinrichtung (11 ) und der Wärme- einbringeinrichtung (12) derart gewählt ist, dass die Schweißraupe (21 ) mithilfe der
Wärmeeinbringeinrichtung (12) erwärmbar ist, nachdem die Schweißraupe (21 ) er- starrt ist, wobei mindestens eine der Vorkomponenten (2, 3) brammenförmig ist.
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