Leichter durch Laserschweißen
Fügeprozess von dreidimensionalen Strukturen in Mischbauweise aus Stahl und Aluminium im Projekt LaserLeichter erarbeitet.
Um Leichtbaumaterialien in der Automobilindustrie zum endgültigen Durchbruch zu verhelfen, sind neue Bearbeitungs-, Prüf- und Messverfahren nötig. Stahl-Aluminium-Mischverbindungen sind dabei von großem Interesse, da sie belastungsangepasste und gleichzeitig leichte Bauteile ermöglichen. Das Laser-Zentrum Hannover erarbeitet im Projekt LaserLeichter daher einen Laserstrahlschweißprozess zum Fügen von dreidimensionalen Strukturen in Mischbauweise aus Stahl und Aluminium.
Abb.: Laserstrahlschweißen von Stahl und Aluminium. (Bild: LZH)
Eine der Herausforderungen beim Schweißen von Stahl und Aluminium besteht darin, die harten und spröden intermetallischen Phasen in der Schweißnaht weitestgehend zu vermeiden. Diese entstehen leicht, da Eisen und Aluminium schwer ineinander löslich sind. Ziel der Wissenschaftler des LZH ist es, gemeinsam mit den Projektpartnern den Fügeprozess möglichst gut zu kontrollieren. Dafür werden verschiedene Messmethoden auf ihre Tauglichkeit geprüft.
Zum einen testen die Ingenieure eine spektroskopische Einschweißtiefenkontrolle, bei der die Emissionen des entstehenden Plasmas gemessen werden. Aus dessen Zusammensetzung kann im laufenden Prozess auf die Einschweißtiefe geschlossen und die Laserstrahlleistung entsprechend angepasst werden. Diese Kontrolle wird am LZH bereits an Flachproben evaluiert und soll nun auf dreidimensionale Strukturen erweitert werden. Da sich bei der Bearbeitung dreidimensionaler Bauteile die Prozesszone zwangsläufig von der Messsensorik entfernt, wird die Detektion der Plasmaemissionen erschwert. Für eine optimale Messung wird das Spektrometer in einen neuartigen scannerbasierten Bearbeitungskopf integriert.
Zum anderen testen die Wissenschaftler einen Sensor des Projektpartners Precitec, der direkt die Tiefe des „Keyholes“ (Dampfkapillare) erfasst. Außerdem prüfen sie ein Thermografie-Verfahren der InfraTec GmbH und die nachlaufende zerstörungsfreie Probenanalyse durch aktive Thermografie der inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH (inpro). Die im Projekt entwickelten Prozesse werden direkt an Demonstratoren aus dem Automobilbau erprobt, wie beispielsweise an einem Karosserieelement oder einem Batteriegehäuse.
An dem Verbundprojekt „Entwicklung von laserbasierten Fügetechnologien für artungleiche Leichtbaukonstruktionen“ LaserLeichter arbeiten neben dem LZH, Precitec, InfraTec Inpro noch Volkswagen, Scherdel Marienberg, Matfem Partnerschaft Dr. Gese & Oberhofer, Lunovu, die Brandenburgische TU und das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS. Als assoziierte Partner nehmen Trumpf, Astord Schneidwerkzeuge, ThyssenKrupp Steel, Bond-Laminates und Sapa Aluminium Profile am Projekt teil. Koordiniert wird der Verbund von Bosch, Projektträger ist das VDI Technologiezentrum. LaserLeichter wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. LaserLeichter ist ein Verbundprojekt im Verband „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“. Der Verband wird vom LZH koordiniert und ist gefördert vom BMBF.
LZH / CT
