Laserstrahlschweißen dickwandiger und großformatiger Stahlbaustrukturen mit modernen Diodenlasern - eine Alternative zum Laser-MSG-Hybridschweißen!

Die Fügetechnik im Stahl- und Schiffbau wird traditionell durch konventionelle Fügetechnologien dominiert. Etablierte Lichtbogen-Schweißverfahren stoßen aufgrund der Forderungen nach verbesserter Bauteilqualität, verzugsfreiheit und wegen des enormen Kostendrucks angesichts der globalen Konkurrenzsituation sowie der fehlenden Aufwendbarkeit auf höherfeste Werkstoffe an ihre Grenzen. Auch der Einsatz des laserstrahls in Hybridverfahren ist aufgrund großer Schweißquerschnitte und Bauteilintoleranzen auf wenige Anwendungen ebgrenzt. Mit dem neuen Entwicklungsansatz des Laser-Mehrlagen-Engspaltschweißen (Laser-MES) mit Kaltdraht unter Verwendung von Hochleistungsdiodenlasern sollen diese Limitationen überwunden werden. Diese Strahlquellen ermöglichen die Nutzung des lasertypischen Vorteile eines geringen Energieeintrages, verbunden mit einer Minimierung von Schweißeigenspannungen und -verzug. Ein deutlich reduzierter Öffnungswinkel der Schweißnahtvorbereitung < 15°, angepasst an die Stahlkaustik des Lasers, verringert darüber hinaus erheblich die Menge an Schweißzusatzwerkstoff. Andererseits sollen durch eine angepasste Fokussierung die vorteilhaften stahlbautypischen Verfahren (Plasmazuschnitt) und Toleranzen für die Nahtvorbereitung weiterhin nutzbar bleiben. Die Arbeiten fokussieren sich zunächst auf typische Schweißanwendungen des Stahl- und Kranbaus im Wandstärkenbereich bis 30 mm. Ausgehend von einer anwendungsspezifischen Analyse der Anforderungen an Gestaltung, Schweißverfahren und Prozesstechnik, erfolgt die lasergerechte Konstruktion für ausgewählte Stoßgeometrien. Den Kernpunkt der Arbeiten stellt die Entwicklung des Schweißprozesses zum Laser-MES Kaltdrahtverfahren mit der angestrebten Optimierung von Wärmeeinbringung, Prozessstabilität (Spaltüberbrückbarkeit), Bauteilqualität (Verzug) und Wirtschaftlichkeit (Schweiß-, Nebenzeiten) dar. Dazu werden Prozessparameterfenster für unterschiedliche Stoßgeometrien entwickelt und an praxisrelevanten Schweißproben validiert.