Home Comparative Studies on Electron Beam and Laser Beam Welding of QT-Steel and Structural Steel
Article
Licensed
Unlicensed Requires Authentication

Comparative Studies on Electron Beam and Laser Beam Welding of QT-Steel and Structural Steel

  • P. Hollmann , J. Drechsel , R. Zenker , U. Löschner and H. Biermann
Published/Copyright: October 31, 2019
Become an author with De Gruyter Brill
Submit Manuscript Author Information
HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 74 Issue 5

Abstract

Beam welding processes such as electron beam or laser beam welding are used for a range of applications where precise and localised heat input is required. In this contribution, two industrial beam-welding facilities were used to produce joints with a maximum depth of 25 mm. The materials investigated were 42CrMo4 QT-steel and S355 structural steel. The investigations show that both beam welding processes led to comparable results. The butt joints generated were rated by means of macroscopic and microscopic characterization methods. The mechanical properties were investigated by static tensile and Charpy notched bar impact testing. Both beam sources exhibited characteristic features when joining the steels. Due to the smaller beam diameter of the laser, laser welded seams were 40 % to 50 % smaller than their electron beam welded pendants. The reduction of the tensile strength of the initial state was below 4 % for both welding techniques.

Kurzfassung

Strahlschweißverfahren wie das Elektronenstrahl- (EB) oder Laserstrahlschweißen (LB) werden für Anwendungen eingesetzt, bei denen ein präziser und lokal begrenzter Wärmeeintrag erforderlich ist. In der vorliegenden Studie werden zwei Strahlschweißanlagen zur Herstellung von Verbindungen aus dem Vergütungsstahl 42CrMo4 sowie dem Baustahl S355 mit einer maximalen Tiefe von 25 mm eingesetzt. Die erzeugten Stumpfstoßverbindungen wurden makroskopisch und mikroskopisch bewertet und ihre mechanischen Eigenschaften im statischen Zugversuch und im Charpy-V-Kerbschlagbiegeversuch untersucht. Aufgrund des kleineren Querschnitts des Laserstrahls waren die Fügezonen 40 % bis 50 % schmaler als die elektronenstrahlgeschweißten Varianten. Die Reduzierung der Zugfestigkeit im Vergleich zum ungeschweißten Ausgangszustand lag bei beiden Schweißverfahren unter 4 %.

Keywords: Electron beam welding; laser beam welding; mechanical strength; toughness
Schlüsselwörter: Elektronenstrahlschweißen; Laserstrahlschweißen; Festigkeit; Zähigkeit
4 (corresponding author/Kontakt)

References

1. Dobeneck, D. v.; Löwer, T.; Adam, V.: Elektronenstrahlschweißen. Das Verfahren und seine industrielle Anwendung für höchste Produktivität. Verl. Moderne Industrie, Landsberg/Lech, 2001Search in Google Scholar

2. Norm DIN EN 1011-6 : 2019-04: Schweißen - Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe - Teil 6: Laserstrahlschweißen. Beuth, Berlin, 2019Search in Google Scholar

3. Norm DIN EN 1011-7 : 2014-07: Schweißen - Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe - Teil 7: Elektronenstrahlschweißen. Beuth, Berlin, 2014Search in Google Scholar

4. Zenker, R.; Buchwalder, A.: Mehrspot-Technik und /Mehrprozess-Technologien zum Schweißen und zur Randschichtbehandlung mit dem Elektronenstrahl – State of the Art. Tagungsband zur 8. Int. Konferenz Strahltechnik, 14.-15.04.10, Halle, 2010, S. 100–105Search in Google Scholar

5. Neubert, J.; Weilnhammer, G.: Laserstrahlschweißen - Leitfaden für die Praxis. DVS media, Düsseldorf, 2009Search in Google Scholar

6. Rüthrich, K.: Beitrag zur Entwicklung des Elektronenstrahl-Mehrspot/Mehrprozess-Schweißens von Gusseisen/Gusseisen- und Gusseisen/Stahl-Verbindungen ohne Schweißzusatzstoffe. Dissertation, TU Bergakademie Freiberg, 2014Search in Google Scholar

7. Tagashira, K.; Kamota, S.; Hashimoto, T.: The Effects of insert sheet thickness and post heating temperature on mechanical properties of electron beam welded joints in spheroidal graphite cast irons. Bulletin of the Japan Society of Precision Engineering21 (1987), S. 265–268Search in Google Scholar

8. Kleinkröger, W.; Tölke, P.; Gerhards, R.: Gusseisen mit Kugelgraphit (Schweißen). konstruieren + gießen32 (2007) 2, S. 38–48Search in Google Scholar

9. Norm DIN EN 1011-8 : 2018-07: Schweißen - Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe - Teil 8: Schweißen von Gusseisen. Beuth, Berlin, 2018Search in Google Scholar

10. Zenker, R.: Electron beam surface treatment, industrial applications and prospects. Surface Engineering12 (1996) 4, S. 296–297, DOI:10.1179/sur.1996.12.4.296Search in Google Scholar

11. Rüthrich, K.; Mangler, M.; Zenker, R.: Investigations Relating to Electron Beam Welding of Dissimilar Metal Welds Based on Cast Iron. Proc. 1st Int. Electron Beam Welding Conf. (IEBW), 17.-18.11.09, Chicago, IL/USA, 2009Search in Google Scholar

12. Zenker, R.; Buchwalder, A.; Mangler, M.; Frenkler, N.; Rüthrich, K.: Elektronenstrahl-Mehrspot-/Mehrprozess-Technik zum Schweißen und zur Randschichtbehandlung. Tagungsband der Großen Schweißtechnischen Tagung2008, Dresden, DVS-Verlag, S. 66–71Search in Google Scholar

13. Rüthrich, K.; Zenker, R.; Mangler, M.: Untersuchungen zum Elektronenstrahl-Mehrbadschweißen von Gusseisen in Verbindung mit Thermofeldern. Tagungsband der Großen Schweißtechnischen Tagung2011, Hamburg, DVS media, 2011, S. 113–121Search in Google Scholar

14. Löwer, T.; von Dobeneck, D.; Hofner, M.; Menhard, C.; Ptaszek, P.;Thiemer, S.: Neue Verfahren in der thermischen Materialbehandlung mit dem Elektronenstrahl durch eine quasi trägheitslose Strahlbewegung. Tagungsband zur 6. Int. Konferenz Strahltechnik, 26.-28.04.04, Halle, 2004, S. 63–67Search in Google Scholar

15. Shibata, F.: Formation mechanism of weld defects of spheroidal graphite cast iron welds. Trans. Japan Welding Soc.22 (1991), S. 34–44Search in Google Scholar

16. Hiller, W.: Schweißen und thermische Behandlung von Gusswerkstoffen mit dem Elektronenstrahl. Gießerei11 (1976), S. 316–321Search in Google Scholar

17. Shibata, F.: Effects of porosities on welded joints strength of spheroidal graphite cast iron welds using insert metals. Trans. Japan Welding Soc.22 (1991) 2, S. 18–23Search in Google Scholar

18. Ruge, J.: Schweißen und Löten von Gusseisen mit Kugelgraphit. DVS-Verlag, Düsseldorf, 1960Search in Google Scholar

19. Zenker, R.; Buchwalder, A.; Frenkler, N.; Thiemer, S.: Moderne Elektronenstrahltechnologien zum Fügen und zur Randschichtbehandlung. Modern Electron Beam Technologies for Soldering and Surface Treatment. Vakuum in Forschung und Praxis17 (2005) 2, S. 66–72, DOI:10.1002/vipr.200500247Search in Google Scholar

20. Schiller, S.; Panzer, S.: Thermal surface modification by HF-deflected electron beams. Proc. Conf. on the Laser VS the Electron Beam in Welding, Cutting and Surface Treatment, Reno, NV/USA, 1985, S. 16–32Search in Google Scholar

21. Zenker, R.; Buchwalder, A.: Elektronenstrahl-Randschichtbehandlung – Innovative Technologien für höchste industrielle Ansprüche. Reihe Blaue Bücher, Band 2, Pro-Beam, Selbstverlag, 2010, open accessSearch in Google Scholar

22. Dausinger, F.; Hack, R.: Multi-beam technique to increase power, flexibility and quality. Proc. 6th Europ. Conf. on Laser Treatment of Materials, ECLAT, Stuttgart, 1996, AWT, Wiesbaden, S. 19Search in Google Scholar

23. Dausinger, F.; Faisst, F.; Gluhmann, C.; Hack, R.; Iffländer, R.: Effiziente Strahladdition zum Laserschweißen. Laser und Optoelektronik27 (1995) 4, S. 45–50Search in Google Scholar

24. Xie, J.: Dual Beam Laser Welding. Welding Journal10 (2002), S. 223–230Search in Google Scholar

25. Limley, P.; Nentwig, A.W. E.: Doppelstrahltechnik beim Laserstrahlschweißen – Fortschritt durch zwei Strahlen. Schweißen & Schneiden52 (2000) 9, S. 524–529Search in Google Scholar

26. Tölle, F.; Gumenyuk, A.; Rethmeier, M.; Backhaus, A.; Olschok, S.; Reisgen, U.: Eigenspannungsreduzierung in Elektronen- und Laserstrahlschweißnähten mittels nachlaufender Wärmefelder durch schnelle Strahldefokussierung und -ablenkung. Tagungsband der Großen Schweißtechnischen Tagung, 27.-29.11.11, Hamburg, DVS media, 2011, S. 465–471Search in Google Scholar

27. Göbel, G.: Erweiterung der Prozessgrenzen beim Laserstrahlschweißen heißrissgefährdeter Werkstoffe. Dissertation, TU Dresden, 2007Search in Google Scholar

28. Brenner, B.; Standfuß, J.; Winderlich, B.: Induktiv unterstütztes Laserstrahlschweißen zum rissfreien Fügen von härtbaren Stählen. Conference Paper, DVS-Berichte 216, DVS-Verlag, Düsseldorf, 2001, S. 289–297Search in Google Scholar

29. Adam, V.; Clauß, U.; von Dobeneck, D.; Krüssel, T.; Löwer, T.: Elektronenstrahlschweißen, Grundlagen einer faszinierenden Technik. Reihe Blaue Bücher, Band 1, Pro-Beam, Selbstverlag, 2011, open accessSearch in Google Scholar

30. Reisgen, U.; Olschok, S.; Longerich, S.: Laserstrahlschweißen unter Vakuum – Ein Vergleich mit dem Elektronenstrahlschweißen. Schweißen & Schneiden62 (2010) 4, S. 208–216Search in Google Scholar

31. Reisgen, U.; Olschok, S.; Jakobs, S.; Longerich, S.: Hochleistungs-Laserstrahlschweißen von Dickblechen im Feinvakuum – Eine Alternative zum Elektronenstrahlschweißen?Schweißen & Schneiden63 (2011) 9, S. 522–527Search in Google Scholar

32. Vrablik, F.; Clauß, U.; Stolar, P.: Electron Beam Welding – A key technology to construct vehicles for road, rail, sea, air and space. Proc. Metal 2010, 18.-20.05.10, Rožnov pod Radhoštěm, CZ, 2010, on CDSearch in Google Scholar

33. Weberpals, J.-P.: Nutzen und Grenzen guter Fokussierbarkeit beim Laserschweißen. Dissertation, Universität Stuttgart, 2010Search in Google Scholar

34. Hartwig, L.; Ebert, R.; Klötzer, S.; Weinhold, S.; Drechsel, J.; Peuckert, F.; Schille, J.; Exner, H.: Material processing with a 3 kW single mode fibre laser. J. Laser Micro/Nanoengin.5 (2010) 2, S. 128–133, DOI:10.2961/jlmn.2010.02.0006, open accessSearch in Google Scholar

35. Norm DIN EN ISO 6507 : 2016-01: Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Vickers. Beuth, Berlin, 2016Search in Google Scholar

36. Wiednig, C.; Enzinger, N.: Toughness evaluation of EB welds. Welding in the World61 (2017) 3, S. 463–471, DOI:10.1007/s40194-017-0422-4Search in Google Scholar

37. Norm DIN EN ISO 148-1 : 2017-01: Metallische Werkstoffe – Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy. Beuth, Berlin, 2017Search in Google Scholar

38. Hagihara, Y.; Tsukamoto, S.; Otani, T.; Arakane, G.; Matsuda, K.: An Evaluation Method for Laser Weld Metal Toughness by Side-Notched Charpy Test. Welding in the World49 (2005) 7–8, S. 21–27, DOI:10.1007/BF03263419Search in Google Scholar

39. Norm DIN EN ISO 6892 : 2017-01: Metallische Werkstoffe – Zugversuch bei Raumtemperatur. Beuth, Berlin, 2017Search in Google Scholar

40. Norm EN ISO 13919-2 : 2001-12: Schweißen – Elektronenstrahl- und Laserstrahl-Schweißverbindungen; Richtlinie für Bewertungsgruppen für Unregelmäßigkeiten - Teil 2: Aluminium und seine schweißgeeigneten LegierungenSearch in Google Scholar

41. Norm DIN EN ISO 683-2 : 2018-09: Für eine Wärmebehandlung bestimmte Stähle, legierte Stähle und Automatenstähle, Teil 2: Legierte VergütungsstähleSearch in Google Scholar

Published Online: 2019-10-31
Published in Print: 2019-10-10

© 2019, Carl Hanser Verlag, München

Articles in the same Issue

  1. Praxis-Informationen/From and for Practice
  2. AWT Info
  3. HTM-Praxis
  4. Kurzfassungen/Abstracts
  5. Kurzfassungen
  6. Inhalt/Contents
  7. Inhalt
  8. Gratulation
  9. For the 80th birthday of Prof. habil. Dr.-Ing. Johann Grosch
  10. Scientific Contributions/Fachbeiträge
  11. Alloy Systems for Heat Treated Sintered Steels∗
  12. Early Stages of Precipitate Formation in a Dual Hardening Steel∗
  13. Fine Grain Resistance of Steel 20NiMoCr6-5+Nb (Material No. 1.6757) during Case Hardening depending on Cold Massive Forming∗
  14. Nitriding of Rolling Contact Races
  15. Comparative Studies on Electron Beam and Laser Beam Welding of QT-Steel and Structural Steel
https://doi.org/10.3139/105.110391
Keywords for this article
Electron beam welding; laser beam welding; mechanical strength; toughness

Articles in the same Issue

  1. Praxis-Informationen/From and for Practice
  2. AWT Info
  3. HTM-Praxis
  4. Kurzfassungen/Abstracts
  5. Kurzfassungen
  6. Inhalt/Contents
  7. Inhalt
  8. Gratulation
  9. For the 80th birthday of Prof. habil. Dr.-Ing. Johann Grosch
  10. Scientific Contributions/Fachbeiträge
  11. Alloy Systems for Heat Treated Sintered Steels∗
  12. Early Stages of Precipitate Formation in a Dual Hardening Steel∗
  13. Fine Grain Resistance of Steel 20NiMoCr6-5+Nb (Material No. 1.6757) during Case Hardening depending on Cold Massive Forming∗
  14. Nitriding of Rolling Contact Races
  15. Comparative Studies on Electron Beam and Laser Beam Welding of QT-Steel and Structural Steel
Sign up now to receive a 20% welcome discount
Institutional Access
How does access work?
Have an idea on how to improve our website?
Please write us.
© 2025 De Gruyter Brill
Downloaded on 26.10.2025 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/105.110391/html
Scroll to top button