Laser-Mehrlagen-Engstspaltschweißen zum heißrissfreien Fügen von Aluminium-Legierungen im Dickblechbereich

Das Mehrlagen-Schweißen zur Erzeugung sehr tiefer Schweißnähte zum Beispiel für Stahlwerkstoffe ist nicht unbekannt, erfordert aber eine definierte Schweißfuge in V-Vorbereitung. Durch das Fraunhofer IWS wird ein neuer Lösungsweg, das so genannte Laser-Mehrlagen-Engstspaltschweißen (MES) vorgeschlagen. Dieser Ansatz wurde bereits für Stahlwerkstoffe erfolgreich erprobt. Weiterführend sollen die Ergebnisse auf den Werkstoff Aluminium übertragen werden. Dabei sollen bei dem MES-Verfahren die Aluminium-spezifischen Probleme berücksichtigt und damit das Laserstrahlschweißen von großen Blechdicken (>30 mm) erstmals ermöglicht werden. Für die Prozessentwicklung findet entweder ein 4 kW Multi-Mode oder ein 5 kW Single-Mode Faserlaser mit sehr hoher Strahlqualität Verwendung. Aufgrund der extrem schlanken Strahlkaustiken dieser Laser können sehr schmale Fugenwinkel von wenigen Grad realisiert werden, ohne die Gefahr der Reflexion oder des Leistungsverlusts an der Fugenwand. Wird dem Strahl eine senkrecht zur Vorschubrichtung orientierte Pendelbewegung überlagert, können die Nahtflanken definiert aufgeschmolzen und eine gleichmäßige Durchmischung des Schmelzbades mit Schweißzusatzwerkstoff sichergestellt werden. Das aufzufüllende Nahtvolumen ist im Vergleich zu klassischen Schweißnahtvorbereitung sehr klein. So besteht unter anderen ein Vorteil des MES-Verfahrens darin, dass die Einzellagen nicht mehr nebeneinander sondern kontinuierlich übereinander gelegt werden können. Dadurch kann die erforderliche Prozesszeit stark reduziert und die Gefahr von Bindefehlen deutlich minimiert werden. Weitere zu erwartende Vorteile sind der geringere Bauteilverzug durch reduzierte Einbringung thermischer Energie. Mit dem MES-Verfahren können Aluminium Platten heißrissfrei bis in eine Tiefe von bis zu 50 mm mit sehr geringer Laserleistung von ca. 3 kW geschweißt werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass Bindefehler vermieden und die Porenanzahl im Schweißgut auf ein Minimum reduziert werden kann. Damit besteht erstmalig unter anderem für KMU die Möglichkeit, sehr tiefe Aluminium-Schweißverbindungen mit moderaten Laserleistungen zu generieren. Fertigungstechnisch steht mit dem MES ein effizientes Verfahren zur Verfügung.