Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Laserstrahllöten mit oszillierendem Kaltdraht zur Verbesserung der Nahtqualität

Die Qualität lasergelöteter Verbindungen wird maßgeblich durch deren optisches Erscheinungsbild gekennzeichnet, was sich in Abhängigkeit der Gleichmäßigkeit des Benetzungsvorgangs äußert. Der Nacharbeitsaufwand lasergelöteter Verbindungen ist aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Nahtflanken bislang nicht zu vermeiden. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch eine der Drahtvorschubbewegung überlagerte Oszillation des freien Drahtendes die Qualität der Naht in Bezug auf die Gleichmäßigkeit der Benetzungslänge, des Benetzungswinkels und der Oberflächengüte zu verbessern. Dadurch soll die Notwendigkeit einer Nacharbeit vermieden werden.

Zusatzwerkstoff Modulationsstrategien werden bereits erfolgreich für geregelte Lichtbogenschweißverfahren eingesetzt. In diesem Vorhaben soll eine gezielte Modulation erstmal des Zusatzwerkstoffs beim Laserstrahllöten umgesetzt und deren Einfluss auf das Schmelzbad und den Benetzungsvorgang untersucht werden. Dabei ist der Zusammenhang zwischen der Modulationsform und deren Parametrisierung (Richtung, Frequenz und Amplitude) und dem Benetzungsvorgang von Interesse. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass eine Einflussnahme möglich und zielführend ist. Zur Quantifizierung der Beeinflussung der Benetzung soll die prozessseitig resultierende Benetzungsfrequenz als Kennzahl für den Benetzungsvorgang herangezogen werden.

Das Vorhaben zielt darauf ab, neue hochdynamische Drahtförderkonzepte zu erarbeiten, mit denen höchste Nahtqualitäten erreicht werden können. Davon profitierten sowohl Systemtechnikhersteller, typischerweise KMU, als auch Anwender der Technologie. Zudem werden mit diesem Vorhaben Anwendungsempfehlungen zum Laserlöten verzinkter Stähle mit höchster Nahtqualität geschaffen. Diese trägt dazu bei, die Technologie auch bei KMU, die keine eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeit leisten können, zu etablieren und damit auch außerhalb des Karosseriebaus neue Anwendungsgebiete für Laserstrahlprozesse mit Drahtzuführung zu erschließen.

Ergebniszusammenfassung:

Innerhalb des Forschungsprojektes wurde das Laserstrahlhartlöten von Verbindungsnähten weiterentwickelt. Es wurde eine neue Verfahrensvariante, das „Laserstrahlhartlöten mit Drahtoszillation“, eingeführt, bei welcher dem Zusatzdraht eine longitudinale Oszillation aufgeprägt wird. Dieses Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Ausgangsprozess ohne Drahtoszillation dadurch aus, dass der schrittweise fortschreitende Benetzungsprozess homogenisiert wird. Während der Benetzungsprozess im Ausgangszustand unregelmäßig voranschreitet, kann dem Benetzungsfortschritt durch eine Drahtoszillation eine Frequenz aufgeprägt werden. Durch die Nutzung von hohen Frequenzen (höchste erreichte und zielführende Frequenz war 250 Hz) kann hierdurch die durchschnittliche Schrittweite des Benetzungsfortschrittes reduzieren werden. Diese Reduzierung der Schrittweite resultiert in einer Steigerung der Geradheit der Nahtkanten und somit in einer Steigerung der optischen Nahtqualität. Eine solche Steigerung der optischen Nahtqualität ist aktuell besonders in der Automobilindustrie relevant, da das Laserstrahlhartlöten hier für die Verbindung von Karosseriebauteilen im Sichtbereich des Kunden eingesetzt wird.

Es wurde innerhalb des Projektes demonstriert, dass die Lösung auch im industriellen Maßstab einsetzbar ist. Hierfür wurden Versuche mit aktiver taktiler Nahtführung durchgeführt und gezeigt, dass diese weiterhin anwendbar ist. Auch die Prozessrobustheit wurde untersucht und keine relevanten Einschränkungen festgestellt. Abschließend wurden Funktionsmuster von großformatigen Realbauteilen (PKW-Heckklappen) gefertigt und so der direkte Nachweis für eine industrielle Anwendbarkeit erbracht.

Durch diese neuartige Verfahrensvariante resultiert die Notwendigkeit von neuartiger Systemtechnik. Die entsprechende Systemtechnik wird hauptsächlich von KMU entwickelt und vertrieben. Somit können diese über neue Produkte neue Absatzmärkte generieren und ihre Stellung im Wettbewerb verbessern.