Erhöhte Prozessstabilität beim Laserstrahlschweißen – durch hochfrequentes Strahlpendeln
01.12.2006

Abb. 1: Aufgebauter Bearbeitungskopf mit Resonanzscanner

Ziel eines neulich am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) abgeschlossenen Forschungsvorhabens war es, die Prozessgeschwindigkeit und -stabilität beim Laserstrahlschweißen zu erhöhen. Dabei wurde hochfrequentes Strahlpendeln eingesetzt, um eine variable Formung der Dampfkapillaren zu erreichen und die Streckenenergie im Vergleich zur Doppelfokustechnik zu reduzieren. Neben der Konstruktion und dem Bau eines Bearbeitungskopfes erfolgte dessen Charakterisierung und Optimierung. Die Ergebnisse wurden durch Musterbearbeitungen an Aluminium- und vereinzelt an verzinkten Stahlwerkstoffen verifiziert.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden mehrere Scanner-Bearbeitungsköpfe zum hochfrequenten Strahlpendeln konstruiert und realisiert. Erste Versuche haben gezeigt, dass beim Schweißen von Aluminium AA5182 hohe Strahlpendelfrequenzen für eine signifikante Reduzierung von Prozessporen erforderlich sind. Daraufhin wurde ein hochfrequenter Resonanzscanner mit Pendelfrequenzen von bis zu 3710 Hz bei beliebig einstellbaren Nutzpendelhüben bis über 2 mm konstruiert.

Es konnten neben den Ergebnissen zur Porenreduktion und Erhöhung der Spaltüberbrückbarkeit auch Erkenntnisse über den Einfluss der hochfrequenten Strahlpendelung auf die Kapillargeometrie und die Größe des Schmelzbades gewonnen werden.

Hiermit wird die Möglichkeit geschaffen, Aluminiumwerkstoffe bei hoher Prozessstabilität und verringerter Streckenenergie prozesssicherer schweißen zu können, als dies bisher mit der Doppelfokustechnik möglich ist. Dadurch erhöht sich das Anwendungsspektrum vorhandener Anlagen. Eine Abschätzung des wirtschaftlichen Mehraufwandes für einen hochfrequenten Resonanzscanner-Bearbeitungskopf hat gezeigt, dass die Vorraussetzungen für eine wirtschaftliche Umsetzung des neuen Verfahrens in der industriellen Anwendung gegeben sind.

Die Untersuchungen wurden aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen ‚Otto von Guericke’ e.V. (AiF) gefördert und von der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS unterstützt.

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Michael Botts
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Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des Niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.