Schweißen für den Leichtbau Stahl-Aluminium-Mix in 3D prozesssicher schweißen

Redakteur: Peter Königsreuther

Adäquate Bearbeitungs-, Prüf- und Messverfahren sind noch nötig, um Stahl-Aluminium-Mischverbindungen im automobilen Leichtbau zu etablieren. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) erarbeitet derzeit im Projekt „LaserLeichter“ nun einen Laserstrahlschweißprozess zum Fügen von dreidimensionalen Strukturen aus diesem Metallmix.

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Zum absoluten Durchbruch von Stahl-Aluminium-Mischverbindungen in der Automobilindustrie fehle es noch an wichtigen, Gliedern in der Prozesskette. Das Laser Zentrum Hannover e. V. (LZH) entwickelt in diesem Zusammenhang ein spezielles Laserstrahlschweißverfahren für das dreidimensionale Fügen dieser Leichtbau-Matrialkombinationen.
Zum absoluten Durchbruch von Stahl-Aluminium-Mischverbindungen in der Automobilindustrie fehle es noch an wichtigen, Gliedern in der Prozesskette. Das Laser Zentrum Hannover e. V. (LZH) entwickelt in diesem Zusammenhang ein spezielles Laserstrahlschweißverfahren für das dreidimensionale Fügen dieser Leichtbau-Matrialkombinationen.
(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, erklären die LZH-Forscher. Diese entstehen leicht, da Eisen und Aluminium schwer ineinander löslich sind, wie es weiter heißt. Ziel der Wissenschaftler des LZH im Projekt „LaserLeichter“ sei es, gemeinsam mit den Projektpartnern den Fügeprozess möglichst gut zu kontrollieren. Dafür werden verschiedene Messmethoden auf ihre Tauglichkeit geprüft.

Zu jeder Zeit den Zustand kennen

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 werde 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.

Direkte Messung der Keyhole-Tiefe

Zum anderen testen die Wissenschaftler einen Sensor des Projektpartners Precitec GmbH & Co. KG, 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.

LZH koordiniert Leichtbau-Projekt

An dem Verbundprojekt „Entwicklung von laserbasierten Fügetechnologien für artungleiche Leichtbaukonstruktionen“ (Laser-Leichter) arbeiten neben dem LZH, der Precitec GmbH & Co. KG, der InfraTec GmbH und inpro noch folgende Partner: Volks-wagen AG, Scherdel Marienberg GmbH, MATFEM Partnerschaft Dr. Gese & Oberhofer, LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH, Brandenburgische Technische Universität und Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Fraunhofer IWS). Als assoziierte Partner nehmen die TRUMPF Laser GmbH, die ASTOR Schneidwerkzeuge GmbH, die ThyssenKrupp Steel Europe AG, die Bond-Laminates GmbH und die Sapa Aluminium Profile GmbH am Projekt teil.

Koordiniert wird der Verbund von der Robert Bosch GmbH, Projektträger ist die VDI Technologiezentrum GmbH. „LaserLeichter“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und es handelt sich um ein Verbundprojekt im Verband „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“. Der Verband wird vom LZH koordiniert und ist gefördert vom BMBF.

MM

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