Laserschweißen für dicke Bleche

Vertrauen und Sicherheit sind wesent­liche Erfolgs­kriterien für die poten­zielle Einführung innovativer Schweiß­verfahren, auch für den modernen Schiffbau. Zum Fügen von bis zu 50 mm dicken Kompo­nenten aus seewasser­beständigen Aluminium­legierungen hat das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahl­technik in IWS Dresden ein neues, wärme­eintrags­armes und hoch effizientes Laserstrahl­schweiß­verfahren entwickelt.

Ent­scheidender Vorteil des Verfahrens ist die vergleichs­weise geringe Laser­leistung (< 4 kW) beim Schweißen großer Blech­dicken, welche Füge­verbindungen mit außer­gewöhnlich geringer Schweißnaht­breite und minimalem Bauteil­verzug ermög­licht. Das Laser-Mehrlagen-Engst­spalt-Schweißen, kurz Laser-MES, wurde erfolg­reich durch die Klas­sifizierungs­gesellschaft DNV GL zerti­fiziert und ist somit für indus­trielle Appli­kationen einsatz­bereit. Mit der Entwicklung des Laser-MES-Verfahrens werden bisherige verfahrens­technische Grenzen beim Laserstrahl­tiefschweißen hinsichtlich der erreich­baren Schweiß­tiefen, der erziel­baren mechanisch-techno­logischen Eigen­schaften und der erreich­baren Naht­qualität über­wunden.

Erstmals können nun quali­tativ hoch­wertige und sehr verzugs­arme Schweiß­verbindungen mit hoher Verbindungs­festigkeit wirt­schaftlich herge­stellt werden. Für die indus­trielle Nutzung vorteil­haft sind neben den geringen Investitions­kosten bei den Laser­strahl­­quellen die enorme Einsparung von bis zu 80 Prozent der teuren Schweiß­zusatzwerk­stoffe gegenüber konven­tionellen Schweiß­verfahren sowie die Mini­mierung aufwendiger Richt- und Nach­arbeiten.

Eng mit der Verfahrens­entwicklung verknüpft, erfolgte die Erar­beitung system­technischer Voraus­setzungen, um den Multi-Parameter-Schweiß­prozess steuern zu können. Ein Schlüssel für einen repro­duzierbaren Prozess ist die Inte­gration von Sensorik und Kamera­technik, die einerseits den zu fügenden Spalt in Tiefe und Breite vermisst, andererseits Rück­schlüsse auf den Prozess erlaubt und somit eine geschlossene Prozess­führung ermöglicht. Für die Anwendung steht nunmehr eine modular aufg­ebaute Schweiß­optik mit einer separat ent­wickelten SPS-basierten Steuer- und Regel­einheit zur Verfügung.

Die erfolg­reiche Zerti­fizierung durch den DNV GL belegt die prozess­technische Beherrsch­barkeit des Laser-MES-Verfahrens und garan­tiert die in den geltenden Regel­werken festge­schriebenen Vorgaben hin­sichtlich Schweißnaht­qualität und mechanisch-techno­logi­scher Verbindungs­eigenschaften für den Einsatz im Schiffbau.

Fh.-IWS / JOL