Neue Prozesse

Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt des BIAS ist die Konzipierung und Qualifizierung neuer Prozesse, die in der Lage sind, die bisher als gegeben angesehenen Prozeßgrenzen des Laserstrahlschweißens signifikant zu erweitern. Ein derartiger Prozeß ist das Laser-MSG-Hybridschweißen, das die Kombination des Laserstrahls mit einem MSG-Lichtbogen in einer gemeinsamen Prozeßzone darstellt.

Bild 1: Laser - MSG- Hybridschweißkopf in der industriellen Rohrfertigung

Dadurch ist es möglich, die Vorteile des klassischen MSG-Schweißens (wie z.B. die Spaltüberbrückbarkeit und die hohe energetische Effizienz) mit denjenigen des Laserstrahlschweißens (wie beispielsweise einer großen Einschweißtiefe und einer hohen erreichbaren Schweißgeschwindigkeit) zu kombinieren und gleichzeitig ihre jeweiligen Nachteile zu minimieren. Nicht zuletzt aufgrund dieser Vorteile wurde im Rahmen des europäischen Forschungsvorhabens JOTSUP ein CO2-Laser-MSG-Schweißprozeß für das Längsnahtschweißen von Rohren aus nichtrostenden Stählen zusammen mit wesentlichen Komponenten der Systemtechnik (wie z.B. einem geeigneten Arbeitskopf, Bild 1) entwickelt, qualifiziert und industriell implementiert.

Bild 2: Rohrlängsnaht Ø 273 x 8 mm, supermartensitischer Stahl

Dabei war es möglich, gemäß den Qualitätsrichtlinien des Unternehmens zu 100% defektfreie Nähte (Bild 1) zu erzeugen und darüber hinaus die Schweißgeschwindigkeit gegenüber Lichtbogenschweißverfahren von weniger als 0,3 m/min auf mehr als 1,2 m/min zu erhöhen und so die Grenzen der umformtechnischen Anlagenteile voll auszuschöpfen. Auch für Aluminium-Werkstoffe ist das Laser-MSG-Hybridschweißen hervorragend anwendbar. Bei der Umsetzung moderner Leichtbaukonzepte im Schienenfahrzeugbau bietet der Einsatz der Lasertechnik zum Längsnahtschweißen von Strangpressprofilen aus Aluminium erhebliche Vorteile gegenüber dem bisher eingesetzten MIG-Schweißen. Im Rahmen von Untersuchungen hierzu wurde ein 4 kW - Nd:YAG-Laser mittels eines speziell entwickelten Hybridschweißkopfes mit einem 250 A MIG-Brenner kombiniert. Wie beim MIG-Schweißen von Aluminium üblich, wurde mit dem Impulslichtbogen gearbeitet. Dabei konnte gezeigt werden, daß das Nd:YAG-Laser-MIG-Hybridschweißen die industriellen Anforderungen bezüglich Fertigungstoleranzen und Spaltüberbrückbarkeit prozesssicher erfüllt. Somit erfordert das Verfahren keinen besonderen Fertigungsaufwand bezüglich der Nahtvorbereitung, Spanntechnik und Führungsmaschine. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz beim Längsnahtschweißen im Schienenfahrzeugbau. Bild 3 zeigt den Demonstrator einer ICN-Baugruppe, der bei einer Nahtlänge von jeweils 2 m ohne besondere Aufspannung gefertigt wurde.

Bild 3: Längsnahtgeschweißte ICN-Dachbaugruppe (AIMgSi 0,7; SZW AISi 12; PL = 4 kW, PMIG = 3,65kW)

Auch hier erlaubt das Hybridschweißen wieder eine mehrfach größere Schweißgeschwindigkeit bei zugleich deutlich verringertem Nahtvolumen. Daraus ergibt sich eine um bis zu 85% verminderte Gesamt-Wärmeeinbringung, was insbesondere auch zu deutlicher Verzugsminimierung beiträgt.