Einfluss der abrasiven Wasserstrahlbehandlung auf die Oberflächeneigenschaften von WAAM-316L

Kurzfassung

Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) hat sich in den letzten Jahren als vielversprechendes Verfahren zur Herstellung großvolumiger metallischer Bauteile etabliert, insbesondere für Anwendungen im maritimen Bereich. Ein wesentliches Merkmal von WAAM-Bauteilen ist jedoch die ausgeprägte Oberflächenwelligkeit, die durch den schichtweisen Aufbau der Schweißraupen entsteht. Diese Geometrie führt zu lokalen Kerben zwischen den Raupen und damit zu Spannungskonzentrationen, welche die Ermüdungs- und Bruchfestigkeit der Bauteile reduzieren können. Eine nachträgliche Oberflächenbearbeitung wird daher häufig eingesetzt, um die Oberflächenqualität und die mechanische Leistungsfähigkeit zu verbessern.Eine mögliche Nachbehandlung stellt die abrasive Wasserstrahltechnologie (AWJ) dar, bei der ein Hochdruckwasserstrahl mit abrasiven Partikeln zur Materialbearbeitung eingesetzt wird. Das Verfahren wird industriell überwiegend zum Schneiden komplexer Geometrien eingesetzt, kann jedoch auch zur gezielten Oberflächenmodifikation verwendet werden. Durch den Partikelimpakt können Oberflächenstrukturen geglättet, Kerben reduziert sowie potenziell Druckeigenspannungen und Kaltverfestigung in der Randzone erzeugt werden. Obwohl AWJ in verschiedenen Fertigungskontexten untersucht wurde, fehlt bislang eine systematische Untersuchung des Einflusses von AWJ-Prozessparametern auf WAAM-Oberflächen. Ziel dieser Arbeit ist daher die systematische Untersuchung des Einflusses zentraler AWJ-Parameter Wasserstrahldruck, Verfahrgeschwindigkeit, Düsenabstand und Düsenwinkel auf die Oberflächentopographie von WAAM aus 316L. Die resultierenden Oberflächen werden hinsichtlich Rauheit, Welligkeit und Materialabtrag mittels Profilometer analysiert.