Richtungsunabhängiges Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen mit Ringfokus und koaxialer Drahtzuführung für das Verbindungsschweißen und die additive Fertigung

Im hier vorgestellten Forschungsprojekt KoaxHybrid wurden das Laserstrahlschweißen (LB) und das Metall-Schutzgasschweißen (MSG) zu einem koaxialen, hybriden Verfahren kombiniert. In bisher entwickelten konventionellen LB-MSG-Hybridverfahren ist die dazugehörige Systemtechnik lateral zueinander angeordnet, die Einzelprozesse wirken konsekutiv und der Hybridprozess ist nicht richtungsunabhängig. Im Projekt wurden Anforderungen für die Prozesse Fügen und Additive Fertigung ermittelt und anschließend eine bestehende Optik für den koaxialen Hybridprozess angepasst. Mit der angepassten Systemtechnik wurde der richtungsunabhängige Hybridprozess mit koaxialer Drahtzuführung und Ringfokus in Betrieb genommen und unterschiedliche Betriebspunkte/Leistungsverhältnisse (Lichtbogen zu Laserstrahl) untersucht. In Blindschweißversuchen wurden die Zusammenhänge von Leistungsverhältnis und Einstellwerten auf die Schweißspurgeometrie, die Einbrandtiefe, das Auftreten von Spritzern, die Welligkeit der Spuren und die Entstehung von Poren oder Bindefehlern untersucht. Die ermittelten Werte wurden in einem Benchmark mit dem konventionellen lateralen LB-MSG-Hybridschweißen und den entsprechenden Einzelprozessen verglichen. In für die beiden Anwendungen angepassten Versuchen wurden die Richtungsunabhängigkeit und der Einfluss des Ringstrahldurchmessers auf den Schweißprozess untersucht. Für Fügeanwendungen wurden Blechdicken von bis zu 10 mm verschweißt. Für den additiven Aufbau wurden Volumenkörper aufgeschweißt und Strategien sowie der kumulierte Wärmeeintrag untersucht. Zum Projektabschluss wurden die Möglichkeiten des koaxialen Hybridprozesses und der Systemtechnik anhand eines Demonstrators dargestellt.