Presseinformation III / 2014 50 mm dickes Blech mit nur 5 kW Laserleistung schweißen – wie geht das?

Mehrlagen-Engstspaltschweißverfahren an einem 50 mm Blech © Fraunhofer IWS Dresden

Mehrlagen-Engstspaltschweißverfahren an einem 50 mm Blech © Fraunhofer IWS Dresden

Bauteile mit großen Blechdicken sind in einer Vielzahl von Hochtechnologie-Anwendungen zu finden. Das schweißtechnische Fügen der Bauteile stellt eine große Herausforderung und wesentliche Kostenposition im Fertigungs-prozess dar. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden hat deshalb ein neues Verfahren zum Schweißen von Blechen mit Dicken bis 50 mm entwickelt, welches konsequent den Ansatz zur Kostenre-duktion verfolgt. Das neue Verfahren kann neben einer Vielzahl weiterer Stationen am 26. Februar 2014, ab 17.00 Uhr am Fraunhofer IWS in Dresden besichtigt werden. Auch zum Internationalen Laser- und Fügesymposium, welches am 27. und 28. Februar 2014 im Internationalen Congress Centrum Dresden stattfindet, werden die Forscher aus dem Fraunhofer IWS über ihre Ergebnisse berichten.

Windkraftanlagen, Turbinen und deren Gehäuse, aber auch chemische Apparate lassen sich zukünftig nur dann effizient betreiben, wenn sowohl die Grenzen der mechanischen als auch die der thermischen Belastbarkeit ausgereizt werden. Für die eingesetzten Fügeverfahren besteht die Herausforderung vor allem in der Minimie-rung der thermischen Schädigung des Werkstoffgefüges, um die technologischen Eigenschaften des Werkstoffes weiterhin zu garantieren.

Mit dem im Fraunhofer IWS entwickelten Verfahren, dem laserbasierten Mehrlagen-Engstspaltschweißen, können Blechdicken bis 50 mm mit Laserleistungen kleiner 5 kW geschweißt werden. Möglich wird dies durch Festkörperlaser mit exzellenter Strahlqualität. Die bisher sanduhrförmige Kaustik des Laserstrahls ist bei diesen Strahlquellen so schlank, dass sie in extrem schmale und tiefe Spalten eingestrahlt werden kann, ohne die angrenzenden Flanken der Fuge aufzuschmelzen. Somit er-folgt der Energieeintrag durch den fokussierten Laserstrahl sehr konzentriert, lokal begrenzt bis in den Spaltgrund und die Fuge kann Lage für Lage aufgefüllt werden. Dieser neue Ansatz für die Laserstrahltechnik ist Gegenstand aktueller Forschungs-arbeiten am Fraunhofer IWS in Dresden.

Der Vorteil des Verfahrens ist nicht nur aus energetischer Sicht sondern auch hin-sichtlich der im Vergleich zum Schweißen mit Elektronenstrahl deutlich reduzierten Investitionskosten enorm. Zudem lassen sich die prozesstypischen Vorteile des Laser-strahlschweißens wie geringer Winkelverzug, geringe Streckenenergie und minima-ler Verbrauch von Schweißzusatzwerkstoff realisieren.

Vergleicht man die laserstrahlgeschweißten Bleche mit Blechen, die üblicherweise mit konventionellen MSG-Verfahren gefügt werden, fällt vor allem die sehr schlan-ke, nahezu flankenparallele Schweißnaht auf. Bauteile, die aufgrund des Schweiß-verzuges beim MSG-Schweißen aufwendig nachbearbeitet werden mussten, profi-tieren beim neuen Verfahren von abnehmendem Verzug mit zunehmender Blechdi-
cke. Schrumpfspannungen quer zur Schweißnaht, denen gerade bei dickwandigen Bauteilen schwer zu begegnen ist, werden durch den neuen Verfahrensansatz erst-mals kontrollierbar.

Die neue Qualität der Schweißnahtgeometrie ist auch der Schlüssel dafür, bisher für das Schweißen großer Bauteildicken ungeeignete Werkstoffe, wie z. B. kaltrissge-fährdete Legierungen, für Schweißanwendungen zugänglich zu machen. Auch für heißrissgefährdete Aluminium-Legierungen eröffnen sich neue Perspektiven, da erstmals der metallurgisch erforderliche Schweißzusatzwerkstoff bis in die Schweiß-nahtwurzel eingetragen werden kann.

Ebenfalls neuartig ist die Möglichkeit, das Dickblechschweißen vor Ort auf einer Baustelle einzusetzen, etwa im Anlagen- oder Schiffbau. Durch die geringe Laserleis-tung und der hohen Energieeffizienz der verwendeten Laserquellen, steht einem mobilen Einsatz zum Beispiel in Kraftwerken zu Reparaturzwecken nichts im Wege.

Weitere Informationen unter http://www.lasersymposium.de.

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