Arbeitsschwerpunkte

• Fügen von Stahl (hochfeste Stahlfeinbleche und Baustähle, Werkzeugstähle, etc.)
• Fügen von Feinblechen
• Fügen von Bauteilen aus Leichtmetalllegierungen
• Herstellung von Mischverbindungen aus nicht artgleichen Werkstoffen
• Entwicklung und Charakterisierung von kombinierten und hybriden Prozessen
• Entwicklung von Prozesstechnik und Spezialbearbeitungsköpfen, insbesondere zur handgeführten Materialbearbeitung
• Analyse und Modifikation des Gefüges und der mechanischen Eigenschaften gefügter Verbindungen
• Numerische Simulation von Prozessen und Bauteileigenschaften

In 2008 wurden in der Gruppe Trennen und Fügen von Metallen 11 öffentlich geförderte Projekte bearbeitet. Diese umfassten sowohl industrienahe Forschungsprojekte der AIF als auch grundlagenorientierte Projekte der DFG und des BMBF.
Die Blechbearbeitung steht bei diesen Projekten im Vordergrund. Stahlwerkstoffe bilden hierbei den Schwerpunkt.

Nichteisenmetalle generell aber insbesondere die Leichtmetalle stellen einen weiteren Forschungsbereich dar. Diese Materialien stellen noch immer großes Potential dar um Gewicht und Verbrauch bei Fahrzeugen oder Konstruktionen zu sparen. Ebenso sind durch die gestiegenen Festigkeiten der Stahlwerkstoffe neue Leichtbaupotentiale entstanden. Notwendig für den Erfolg dieser Materialien ist jedoch eine ausgereifte Prozesstechnik die dem spezifischen Werkstoffverhalten angepasst ist. Dies umfasst eine gezielte Temperaturführung wie auch eine angepasste Sensorik. Mittels der Wirbelstromtechnologie kann der sonst nur schwer auffindbare Nullspalt bis auf wenige hundertstel Millimeter genau gefunden werden. Dieser Nullspalt tritt besonders bei Bauteilen der Fall, die mit hochgenau vorbereiteten Kanten verschweißt werden müssen. Bei diesen Bauteilen ist die Positionierung der Schlüssel zur störungsfreien Produktion. Um an dieser Stelle eine Toleranzunempfindlichkeit zu erreichen wird derzeit ein Wirbelstromsensor entwickelt, der die Stoßkante als Fehler im Bauteil erkennt und den Brennfleck im Falle einer driftenden Werkstückkante nachführen kann. Hierbei wird nicht auf die Steuerung der CNC-Anlage zurückgegriffen. Ohne weitere Modifikationen kann durch eine eigenständige Achse zur Lageregelung der Prozesskopf in beliebigen Systemen integriert werden.

In Verbindung mit induktiven Energiequellen kann der Laser sowohl schneller, tiefer als auch Kombinationen von schwer schweißbaren Materialien fügen. Die zusätzliche Energieeinbringung unterstützt den Schweißprozess sowohl hinsichtlich der eingebrachten Energie als auch der Temperaturverteilung. So ergeben sich optimierte Abkühlbedingungen um unerwünschte Gefügezustände nach dem Schweißen zu verhindern oder beispielsweise die Schweißgeschwindigkeit um 20 % zu erhöhen. Zusätzlich kann ein anschließender Abschreckprozess genutzt werden um eine gehärtete Funktionsoberfläche auf Wellen zu erzeugen.

Gerade in kleinen und mittelständischen Unternehmen entscheidet man sich häufig, bedingt durch ein geringes Investvolumen und eine nicht ausreichende Auslastung, gegen einen Laser in der Produktion. Dem Anwender fehlt häufig die Kenntnis über die Leistungsgrenzen der angebotenen Systeme. Eine zusammenfassende Datenbank in der Laser im gepulsten und dauerstrich-Betrieb verglichen werden wird derzeit im LZH erarbeitet und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Ein Schwerpunkt liegt hierbei auf den Eigenschaften der, durch die unterschiedlichen Systeme, erzeugten Schweißnähte.

Im Rahmen der aktuellen Diskussion über die Reduzierung von CO2-Emissionen wird in der Automobilindustrie verstärkt über den Einsatz von Mischverbindungen aus Stahl und Aluminium oder aus hochfesten Stählen nachgedacht. Beide Verbindungen stellen hohe Anforderungen an die eingesetzten Fügeverfahren.

Der Laser bietet sich durch seine geringe Wärmeeinbringung als ideales Werkzueg an. Die mechanischen Eigenschaften der lasergeschweißten hochfesten Stähle werden nur in einem lokal begrenzten Bereich negativ beeinflusst. Bei lasergelöteten Verbindungen wird die Wärmeeinbringung sogar soweit reduziert, dass die Fügepartner nicht aufgeschmolzen werden sondern nur über das Schmelzen des Lotes bei weniger als 500°C die Verbindung entsteht. Dies ermöglicht nicht nur eine Verbindung von Stahl, sondern auch das Fügen von Aluminium an Stahl mit einem entsprechend geringeren Bauteilgewicht.