Fostabericht P 672 - Fügen nichtrostender Stähle durch flussmittelsfreies Laserstrahllöten unter EInsatz eines reduzierend wirkednen LichtbogensFostabericht P 672 - Fügen nichtrostender Stähle durch flussmittelsfreies Laserstrahllöten unter EInsatz eines reduzierend wirkednen Lichtbogens

P 672 – Fügen nichtrostender Stähle durch flussmittelfreies Laserstrahllöten unter Einsatz eines reduzierend wirkenden Lichtbogens

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P672

ISBN: 978-3-942541-02-2 Artikelnummer: P672 Kategorien: ,

Beschreibung

P 672 – Fügen nichtrostender Stähle durch flussmittelfreies Laserstrahllöten unter Einsatz eines reduzierend wirkenden Lichtbogens

Für die nichtrostenden CrNi-Stähle sollte die Verfahrensvariante eines flussmittelfreien Lötens mittels Laserstrahl untersucht werden. Es war umstritten, ob diese Werkstoffgruppe aufgrund der sich naturgemäß ausbildenden stabilen Passivschicht nach dieser Methode sicher hartgelötet werden kann. Zur Unterstützung der Oberflächenvoraktivierung sollte versucht werden, einen vorlaufenden WIG- oder Plasmalichtbogen einzusetzen. Vorversuche hatten gezeigt, dass scheinbar hierdurch eine Verbesserung der Lotbenetzung am CrNi-Stahl erfolgt. Sollte es gelingen, die Anwendung des Laserstrahllötens an CrNi-Blechen besser abzusichern, könnten auch bei dieser Werkstoffgruppe die typischen technologischen Vorteile der Laserstrahltechnologie, wie z.B. die hohe Prozessgeschwindigkeit, der geringe Wärmeeintrag, die hohe Reproduzierbarkeit und Automatisierbarkeit genutzt werden.
Hierzu wurden Versuchsserien an CrNi-Blechen unterschiedlichen Legierungstyps in einer Dicke von 0,5 mm bis 2 mm durchgeführt. Verwendet wurden ein 6 kW CO2-Laser, ein 500 W bzw. ein 3 kW Nd:YAG-Laser. Zur Zerstörung der Passivschicht („Voraktivierung“) wurde ein dem Laserstrahl vorlaufender WIG- bzw. Plasmalichtbogen verwendet. Trotz einer benetzungsfördernden Wirkung durch den Lichtbogen ergaben sich infolge teilweise widersprüchlicher physikalischer Mechanismen keine weiteren Fortschritte, so dass die Verwendung eines Lichtbogens zur verbesserten Lotbenetzung nicht allein verfolgt wurde. Parallel wurde versucht, in weiteren Versuchsreihen die Grundlagen zu erarbeiten, um mittels der Energie des Laserstrahles auch direkt eine Voraktivierung der zu benetzenden Oberflächen vorzunehmen.
Nach diesem Prinzip ließen sich schließlich auch ohne zusätzlich aktivierenden Lichtbogen, jedoch nur nach entsprechend sorgfältiger Anpassung der Systemparameter in einem jeweils spezifischen und relativ engen Prozessfenster, die im Bericht dokumentierten Lötverbindungen herstellen. Hierbei entsprachen die Festigkeitseigenschaften der Lötverbindung im günstigsten Fall der Festigkeit des Grundwerkstoffes.
Eine Lotrissigkeit (Eindringen des Lotes entlang den Korngrenzen in den Grundwerkstoff) wurde nur teilweise und dann auch nur bis zu sehr geringer Tiefe nachgewiesen. Mittels der Versuchsreihen gelang es, relativ detailliert den Einfluss der einzelnen Prozessparameter auf die Ausbildung der Lötverbindung zu identifizieren und aufzuzeigen.
Hierdurch lassen sich die Anwendungsmöglichkeiten, aber auch enge Grenzen und Schwachstellen dieser Verfahrensvariante aufzeigen. Aus den Untersuchungsergebnissen dieser Forschungsarbeit ergeben sich zahlreiche Hinweise, die den Einsatz der Laserstrahl-Löttechnologie unter dem Aspekt einer flussmittelfreien Verarbeitung von hochlegierten nichtrostenden CrNi-Stählen stützen oder auch qualitativ noch besser absichern könnten. Zur Verbesserung der Benetzbarkeit durch das Lot konnte die unterstützende Wirkung eines Lichtbogens zwar nachgewiesen werden, jedoch wird durch die Untersuchungsergebnisse auch aufgezeigt, dass unter fertigungstechnischen Bedingungen die direkte Ausnutzung des Laserstrahles an Stelle eines separaten Lichtbogens zur Oberflächenaktivierung gut möglich ist.
Das Forschungsprojekt wurde an der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt SLV Duisburg, Niederlassung der GSI mbH, Duisburg und der Fachhochschule Pforzheim, Fachgebiet Maschinenbau, Lehrgebiet Fertigungstechnik, Pforzheim, mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.

Autoren:
S. Keitel, R. Winkler, C. Eisenbeis, R. Wahl, A. Auracher

Veröffentlichung:
2011