Beschreibung
P 1256 – Erweiterung des Verarbeitungsspektrums von laserstrahlgeschweißten Komponenten im Powertrain durch den Einsatz einer dynamischen Strahlablenkung und reduzierten Umgebungsdruck
Moderne Festkörperlaser bieten für Fügeaufgaben im Fahrzeugbau und insbesondere in der Getriebetechnik aufgrund der hohen Strahlqualität, Energieeffizienz, Verfügbarkeit sowie aufgrund der flexibleren Strahlführung zahlreiche Vorteile. Gleichzeitig stellen die hohen Strahlqualitäten und geringen Fokusdurchmesser jedoch höhere Anforderungen an die Fertigungs- und Positioniergenauigkeit der zu fügendenBauteile. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens besteht daher darin, die Anwendungsgrenzen des Laserstrahlschweißens mit Festkörperlasern durch eine Erhöhung der Prozessstabilität zum Ausgleich fertigungsbedingter Toleranzen für den Einsatz im Getriebebau zu erweitern.
Dem Forschungsvorhaben liegt die Arbeitshypothese zugrunde, dass beim Laserstrahlschweißen mit Festkörperlasern die Anwendung einer Strahloszillation in Kombination mit reduziertem Umgebungsdruck zu einer signifikanten Verbesserung der Spaltüberbrückbarkeit bei gleichzeitiger Erzielung hoher Nahtqualitäten führt. Am Beispiel des Einsatzstahls 1.7131 wird zunächst der Einfluss eines reduzierten Umgebungsdrucks auf die resultierenden Eigenschaften zur Spaltüberbrückbarkeit untersucht. Ferner erfolgt die Evaluierung geeigneter Oszillationsfiguren sowie deren Einfluss auf die Prozessgrenzen hinsichtlich einer Verbesserung der Spaltüberbrückung. Aufbauend auf die grundlegenden Untersuchungen werden die Auswirkungen der Spaltüberbrückungseigenschaften auf die Verbindungsfestigkeit, die Prozessübertragung auf Axialschweißungen sowie die schweißtechnische Verarbeitung von Vergütungsstahl betrachtet.
Als Haupteinflussgröße auf die Spaltüberbrückung beim Laserstrahlschweißen hat sich die im Prozess resultierende Schweißnahtbreite herausgestellt. Dabei führt ein reduzierter Umgebungsdruck, aufgrund der im Allgemeinen schmaleren Nahtgeometrie, einerseits zu einer Abnahme der Spaltüberbrückung. Andererseits bewirkt der reduzierte Umgebungsdruck eine Abnahme der Schweißspritzerbildung und somit eine Steigerung der Prozessqualität, insbesondere für die Fertigung von Getriebekomponenten. Für die Erweiterung der Prozessgrenzen zur Überbrückung von Fügespalten empfiehlt sich eine Verbreiterung der Schweißnahtgeometrie, so dass mehr Material an den Nahtflanken aufgeschmolzen wird und für eine Spaltfüllung zur Verfügung steht. Dies kann über eine positive Defokussierung des Laserstrahls sowie eine Linienoszillation quer zur Schweißrichtung erreicht werden. Durch die breitere schmelzflüssige Zone bildet sich im Resultat eine niedrigere Decklagenunterwölbung mit flacherem Nahtflankenwinkel aus. Anhand der Ergebnisübertragung auf die schweißtechnische Verarbeitung von Vergütungsstahl zeigte sich darüber hinaus ein positiver Einfluss des reduzierten Umgebungsdrucks auf die schweißinduzierte Rissbildung, der damit zu einer erhöhten Prozesssicherheit und einer Erweiterung des Verarbeitungsspektrums zum Laserstrahlschweißen schwer schweißbarer Werkstoffe beiträgt.
Veröffentlichung:
2021
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. K. Dilger
