Laserfügen von Metallen

In der industriellen Anwendung steigt die Anzahl der Laserstrahl-Schweißanwendungen stetig. Besondere Vorteile des Laserstrahlschweißens im Vergleich zu konventionellen Schweißverfahren sind die geringe Streckenenergie (geringer Bauteilverzug), die Möglichkeiten des Tiefschweißens (Überlappverbindungen) sowie die Erweiterung des schweißgeeigneten Werkstoffspektrums.

Im Rahmen öffentlicher Forschungsprojekte und direkter industrieller Auftragsforschung wurden und werden umfangreiche Ergebnisse zum Schweißen metallischer Werkstoffe gewonnen.

Besonders für die Automobilindustrie wurden bereits für eine Vielzahl von Anwendungen Fügeprozesse entwickelt, die neben Karosserieanwendungen auch Funktionselemente wie z.B. Getrieberäder, Felgen, Schaltgabeln und Druckspeicher umfassen. Bei entsprechender Prozessführung kann auch Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt rissfrei geschweißt werden. Die Umformeigenschaften können durch eine nachgeschaltete oder integrierte lokale Wärmenachbehandlung sichergestellt werden.

Für Schweißanwendungen mit erhöhten Anforderungen an die Spaltüberbrückbarkeit wird das Laser-MIG-Hybridschweißen für Stahlfeinblech und Magnesium qualifiziert. Durch den Lichtbogen erschmolzener Zusatzwerkstoff kann ohne Verlust an Schweißgeschwindigkeit zugeführt werden.

Im Bereich der Leichtmetalle sind schon etliche Aluminiumanwendungen industriell umgesetzt. Am LZH wurden Untersuchungen zum Laserstrahlschweißen von Aluminium-Guss- und -Strangpresswerkstoffen durchgeführt, die in die Entwicklung von Aluminium-Karosserien eingeflossen sind. Mit modernen Hochleistungslasern werden auch schlecht schweißbare Legierungen geschweißt. Besonders metallurgische Hemmnisse wie die hohe Heißrissneigung bestimmter Legierungen werden durch angepasste Prozesstechnik sowie gezielten Einsatz von Zusatzwerkstoff reduziert.

Zukunftsweisende Untersuchungen werden zur Zeit an Magnesium- und Titanlegierungen durchgeführt. Besonders im Transportwesen und in der Medizintechnik besteht großes Interesse am Einsatz dieser Leichtbauwerkstoffe.

Neben schweißmetallurgischen Entwicklungen werden auch prozesstechnische Lösungen in Form angepasster Anlagentechnik, Bearbeitungsköpfe und Spannwerkzeuge entwickelt.

Verschiedene metallische Werkstoffe werden laserstrahlgelötet, wenn sie aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht schweißgeeignet sind oder wenn die Wärmebelastung von Bauteilen verringert werden soll. Das Laserstrahllöten macht häufig eine stoffschlüssige Verbindung nicht artgleicher metallischer Werkstoffe überhaupt erst möglich. Zudem können bei Laserlötnähten optischen Eigenschaften erzielt werden, die hohen Ansprüchen im Sichtbereich genügen. Neben der Realisierung von keramisch-metallischen Verbindungen ist das Laserstrahllöten von Hartmetallschneiden an Kreissägeblätter oder die Herstellung von Tailored Hybrid Blanks aus Stahl und Aluminium mittels Laserstrahllöten in öffentlichen geförderten Projekten erforscht worden. Im Rahmen von Industrieprojekten wurden zahlreiche Laserlötprozesse für Bauteile aus der Fahrzeug- und Antriebstechnik, Medizintechnik oder Elektronik qualifiziert.