Leichter durch Laserschweißen

Um Leichtbaumaterialien in der Automobilindustrie zum endgültigen Durchbruch zu verhelfen, sind neue Bearbeitungs-, Prüf- und Messverfahren nötig. Stahl-Aluminium-Mischverbindungen sind dabei von großem Interesse, da sie belastungsangepasste und gleichzeitig leichte Bauteile ermöglichen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) erarbeitet im Projekt LaserLeichter daher einen Laserstrahlschweißprozess zum Fügen von dreidimensionalen Strukturen in Mischbauweise aus Stahl und Aluminium.

Eine der Herausforderungen beim Schweißen von Stahl und Aluminium besteht darin, die harten und spröden intermetallischen Phasen in der Schweißnaht weitestgehend zu vermeiden. Diese entstehen leicht, da Eisen und Aluminium schwer ineinander löslich sind. Ziel der Wissenschaftler des LZH im Projekt „LaserLeichter“ ist es, gemeinsam mit den Projektpartnern den Fügeprozess möglichst gut zu kontrollieren. Dafür werden verschiedene Messmethoden auf ihre Tauglichkeit geprüft.

Kontrollen im und nach dem laufenden Prozess etablieren

Zum einen testen die Ingenieure eine spektroskopische Einschweißtiefenkontrolle, bei der die Emissionen des entstehenden Plasmas gemessen werden. Aus dessen Zusammensetzung kann im laufenden Prozess auf die Einschweißtiefe geschlossen und die Laserstrahlleistung entsprechend angepasst werden.

Diese Kontrolle wird am LZH bereits an Flachproben evaluiert und soll nun auf dreidimensionale Strukturen erweitert werden. Da sich bei der Bearbeitung dreidimensionaler Bauteile die Prozesszone zwangsläufig von der Messsensorik entfernt, wird die Detektion der Plasmaemissionen erschwert. Für eine optimale Messung wird das Spektrometer in einen neuartigen scannerbasierten Bearbeitungskopf integriert.

Zum anderen testen die Wissenschaftler einen Sensor des Projektpartners Precitec GmbH & Co. KG, der direkt die Tiefe des "Keyholes" (Dampfkapillare) erfasst. Außerdem prüfen sie ein Thermografie-Verfahren der InfraTec GmbH und die nachlaufende zerstörungsfreie Probenanalyse durch aktive Thermografie der inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH (inpro).

Die im Projekt entwickelten Prozesse werden direkt an Demonstratoren aus dem Automobilbau erprobt, wie beispielsweise an einem Karosserieelement oder einem Batteriegehäuse.

An dem Verbundprojekt „Entwicklung von laserbasierten Fügetechnologien für artungleiche Leichtbaukonstruktionen“ (LaserLeichter) arbeiten neben dem LZH, der Precitec GmbH & Co. KG, der InfraTec GmbH und inpro noch folgende Partner: Volkswagen AG, Scherdel Marienberg GmbH, MATFEM Partnerschaft Dr. Gese & Oberhofer, LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH, Brandenburgische Technische Universität und Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Fraunhofer IWS). Als assoziierte Partner nehmen die TRUMPF Laser GmbH, die ASTOR Schneidwerkzeuge GmbH, die ThyssenKrupp Steel Europe AG, die Bond-Laminates GmbH und die Sapa Aluminium Profile GmbH am Projekt teil.

Koordiniert wird der Verbund von der Robert Bosch GmbH, Projektträger ist die VDI Technologiezentrum GmbH. LaserLeichter wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

LaserLeichter ist ein Verbundprojekt im Verband „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“. Der Verband wird vom LZH koordiniert und ist gefördert vom BMBF.

LZH