Aufgabenstellung:

Um einen kontinuierlichen Fertigungsprozess im Kaltwalzwerk der voestalpine Stahl GmbH zu gewährleisten, werden Warmbänder der unterschiedlichsten Stahlgüten beim Eintritt in das Kaltwalzwerk in einer CO₂-Laser-Schweißstation verschweißt. Diese Schweißnähte haben die Aufgabe, den sicheren Verbund der Bänder während des Walzprozesses zu gewährleisten und werden vor den nachfolgenden Herstellschritten, z.B. Wärmebehandlung und Verzinken in einer Feuerverzinkungsanlage, wieder entfernt. Die aktuelle Herausforderung besteht in der Herstellung einer produktionssicheren Schweißung von zunderbehafteten Warmbändern. Dieser Zunder entsteht im vorgelagerten Warmwalzprozess und wird erst nach dem Laserschweißen abgebeizt. Zusätzlich ist neben der zunderbedingten Optimierung der Schweißparameter aufgrund der zunehmenden Legierungsgehalte der produzierten Stähle auch eine Anpassung des Vor- und Nachwärmregimes erforderlich.

In dieser Arbeit soll der Einfluss des Zunders auf die Nahteigenschaften der querverschweißten Warmbänder anhand von Laborschweißungen untersucht und Fertigungskonzepte unter Ausschöpfung der vorhandenen anlagentechnischen Möglichkeiten erarbeitet werden, um reproduzierbar produktionssichere Schweißnähte zu erzielen. Dies kann zum Beispiel durch eine Schweißparameteroptimierung, Schutzgasmodifikation, geänderte Wärmeführung beim Schweißen, aber auch durch eine Beeinflussung der Schweißbadmetallurgie mittels spezieller Schweißzusätze erfolgen. Erfolgversprechende Konzepte sollen anschließend unter realitätsnahen Bedingungen im Kaltwalzwerk erprobt, analysiert und zur Verbesserung der realen Fertigungsparameter herangezogen werden.

Ziele der Arbeit:

• Ausarbeitung von CO₂-Laser-Schweißanweisungen für die sichere Verschweißung von verzunderten Warmbändern unterschiedlichster Stahlgüten
• Erarbeitung von aussagekräftigen Schweißnahtprüfkriterien, welche eine problemlose Verarbeitung der verschweißten Bänder im Kaltwalzwerk sicherstellen
• Potentialanalyse: Festkörperlaser im Vergleich zum CO₂-Laser
• Erstellung erster prädiktiver Modelle zur Bestimmung optimierter Schweißparameter unter Verwendung von Methoden der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens aufbauend auf einer diagnostischen Datenanalyse

Durchführung der Versuche:

Die labortechnischen Laserschweißungen werden am Joanneum Research/Inst. für Oberflächentechnologien in Niklasdorf, die Realschweißversuche bei der voestalpine Stahl GmbH und schmelzmetallurgische Versuche an der Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie durchgeführt.