Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erweiterung der Anwendungsgrenzen beim Fügen mittels pulsmodulierbarer Strahlquellen durch den synergetischen Einsatz eines zeitlich vorgelagerten Plasmalichtbogens

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Fügestrategie zum Erweitern der Anwendungsgrenzen bei der schweißtechnischen Bearbeitung mittels gepulster, modulierbarer Laserstrahlung.

Durch eine im Prozess örtlich begrenzte Unterstützung mittels eines Plasmalichtbogens

können die Prozessgrenzen signifikant aufgeweitet werden. Einerseits erfolgt durch den zeitlich zum Laserpuls vorgelagerten Plasmalichtbogen ein Vorwärmen, so dass durch den Laserstrahl nur die zum Aufschmelzen notwendige Wärme zugeführt werden muss. Andererseits ergibt sich durch das Vorwärmen eine Erhöhung des Absorptionsgrades und somit eine effektivere Nutzung der verfügbaren Laserleistung. Daraus resutieren eine höhere Geschwindigkeit oder eine höhere schweißbare Materialstärke, ohne dabei die Vorteile der Pulsmodulation auf die Schmelzbedingungen und -metallurgie zu beeinflussen.

Die in Form von Anwendungsrichtlinien zur Verfügung gestellten Ergebnisse erlauben es den potenziellen Anwendern, die Eignung für ihren speziellen Anwendungsfall zu überprüfen und eine wirtschaftliche Bewertung des Verfahrens durchzuführen. Die Durchführung eigener grundlegender Untersuchungen kann somit entfallen. Bei bereits realisierten Verbindungen führt das Verfahren zu einer Senkung der Herstellungskosten und somit zu einer Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit, wodurch insbesondere kmU in der Lage sein werden, ihre Marktposition zu verteidigen bzw. auszubauen. Zudem können die Ergebnisse durch die ausgearbeiteten Anwendungsrichtlinien einfach auf neue Werkstoffkombination übertragen und angepasst werden, was somit zu einer erneuten Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit und zur Senkung der Produktionskosten führt.

Die Ergebnisse der Untersuchungen werden einer breiten Öffentlichkeit durch Vorträge und Veröffentlichungen in den Fachorganen des DVS zugänglich gemacht. Darüber hinaus werden interessierte Anwender in der Umsetzung beraten und durch begleitende Untersuchungen unterstützt werden.

Ergebniszusammenfassung:

In bearbeiteten Forschungsvorhaben wurde eine Erweiterung der Anwendungsgrenzen bei schweißtechnischen Bearbeitungen mittels gepulster, modulierbarrer Laserstrahlung, durch den Einsatz eines zeitlich vorgelagerten Plasmalichbogens als Wärmequelle, nachgewiesen. Es konnte aufgezeigt werden, dass eine zeitliche Kopplung zwischen Laserquelle und Plasmaschweißgerät auf einfachem Weg und an bereits bestehenden Anlagen mit geringfügem Aufwand, ohne zusätzliche Steuerung, integriert werden kann. Versuche an den Materialien 1.4301, Titan Gr. 1 und Aluminium EN AW 6016 und EN AW 5754 weisen die Schweißmöglichkeit mit dem gekoppelten Prozess nach. Dabei zeigt sich, dass die Kopplung, bestehend aus Laserfügen und Lichtbogenvorwärmung, zu verbesserten Prozessbedingungen führt. Untersuchungen zeigen, dass die Prozessgeschwindigkeit gegenüber dem reinem Laserstrahlprozess mit dem gekoppelten Ansatz bei 1.4301 um etwa 80% und bei Titan Gr.1 um etwa 34% gesteigert werden kann. Durch den gekoppelten Prozess lassen sich Spalte von 0,6mm, bei einem Spotdurchmesser von 400μm, überbrücken. Bei Mischverbindungen zeigt sich eine deutliche Verbesserung des Einkoppelverhaltens bei der Verbindung Aluminium-Kupfer. Zudem wird bei der Mischverbindung Aluminium Titan ebenfalls eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit erzielt.