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13.07.2014 | Fertigungstechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Schneller schweißen im Doppelpack

Autor:
Dieter Beste

Ob Aluminium oder Stahl – immer kommt es darauf an, beim Schweißen die Prozesszeiten zu minimieren. Forschern gelang es jetzt, einen schnellen Hybridschweißprozess zu entwickeln, der einen Laserstrahl mit dem Metallschutzgasschweißen kombiniert.

In der Praxis hat sich eine Vielzahl von Schweißprozessen bewährt, die vom manuellen Gasschmelzschweißen dünnwandiger Rohre unter Baustellenbedingungen bis zum automatisierten Laserschweißen mikroelektronischer Bauelemente reichen. Einen kurzen Überblick liefern die Autoren des von Sándor Vajna herausgegebenen Buches „Integrated Design Engineering“ ab Seite 272. Wissenschaftler der Gruppe „Fügen und Trennen von Metallen“ am Laser Zentrum Hannover (LZH) haben jetzt ein Hybridverfahren entwickelt, mit dem sich Aluminiumbleche mit einer Dicke von bis zu 12 mm einseitig fehlerfrei schweißen lassen.

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Für den Hybridscheißprozess kombinieren die Ingenieure einen Laserstrahl mit zwei Metallschutzgas (MSG)-Brennern. Dabei ermöglicht ein Scannerspiegel eine Pendelbewegung des Laserstrahls quer oder längs zur Vorschubrichtung. Das Fügeverfahren erreicht Vorschubgeschwindigkeiten von 5 m/min bis 6 m/min. Mit dem Prozess können Spaltbreiten von bis zu 0,4 mm und Kantenversätze von bis zu 2 mm überbrückt werden. Im Bereich der Stahlwerkstoffe können die Ingenieure Bleche bis zu einer Dicke von 23 mm mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/min einlagig schweißen.

Perfekte Schweißnaht

Der neuartige Schmelzschweißprozess ist nicht nur extrem schnell: Im Vergleich zur herkömmlichen Methode, mit mehrlagigen Lichtbogenprozessen, ist die Schweißnahtgeometrie nach Angaben der Entwickler sehr schmal und der Verbrauch an Zusatzwerkstoff wesentlich geringer. Dabei sei die Qualität der Schweißnaht sehr gut: Die Verbindungen an Blechen der Aluminiumlegierung EN AW 6082 T6 mit einer Dicke von 12 mm erreichen die höchste Bewertungsgruppe B für Schweißnahtunregelmäßigkeiten nach DIN EN ISO 12932 und DIN EN ISO 13919 2. Hinzu komme als ein weiterer Vorteil des kombinierten Prozesses die geringere Wärmeeinbringung und damit ein geringer Bauteilverzug. Für den Hybridschweißprozess wird am LZH ein Festkörperscheibenlaser mit einer Ausgangsleistung von 16 kW eingesetzt.

Zwölfmal schneller als Metallschutzgasschweißen

Um ein Stahlblech mit einer Dicke von 30 mm zu fügen, sind beim konventionellen Schutzgasschweißen eine Heftnaht und etwa sechs Fülllagen notwendig. Beim Hybridprozess reichen, so das LZH, dagegen zwei bis drei Lagen aus. Die erste Lage wird mittels Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen erzeugt. Sie ersetzt die Heftlage sowie die ersten vier Lagen der herkömmlichen Lichtbogenprozesse. Anschließend werden in der Gegenlage eine oder zwei Fülllagen mittels MSG geschweißt. So lässt sich mit dem Hybridschweißprozess ein Bauteil mit einer Länge von 1,5 Metern innerhalb von einer Minute schweißen, wohingegen der konventionelle Prozess zwölf Minuten benötigt.

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