Neues Laserremoteschweißverfahren zum Fügen des Bördelstoßes an Aluminiumbauteilen

Nach dem aktuellen Stand der Technik werden in der Automobilindustrie Schweißnähte im direkten Sichtbereich unter Zuhilfenahme eines Zusatzdrahtes mittels Laserstrahl verschweißt. Im Anwendungsfall eines seitens der Radien zu verschweißenden Bördelstoßes an einem Heckdeckel aus Aluminium kommt die adaptive Laserbearbeitungsoptik ALO3 zum Einsatz.

Der Energieeintrag bei diesem Standardverfahren erfolgt vom Laserstrahl über den Zusatzdraht in die Verbindung hinein, sodass sich dem Prozess eine Verlustleistung in Form von Reflexionen entzieht. Daraus ergibt sich ein Verbesserungspotential hinsichtlich Steigerungen in Prozesswirkungsgrad und Produktqualität. In der vorliegenden Arbeit werden vor allem das Aufbrechen der keramischen Oxidschicht des Aluminiums sowie das aus einer kritischen Legierungszusammensetzung der Schweißnaht hervorgehende Rissrisiko als Herausforderungen identifiziert und analysiert.

Untersucht und bewertet wird die Eignung einer anderen Schweißoptik mit spezieller Strahlformung zu einem Ringprofil und kombinierter, koaxialer Drahtzuführung. Der Ringstrahl des beschriebenen CoaxBrazers bewirkt ein Aufbrechen der Oxidschicht bzw. ein Aufschmelzen des Grundwerkstoffes im Vorlauf des Prozesses. Die ausgeführten Schweißungen gelingen zwar unter erhöhtem Wirkungsgrad sowie unter einer Reduzierung der theoretischen Rissgefahr, eine Produktionstauglichkeit hingegen ist aufgrund des stark begrenzten Prozessfensters nicht zu attestieren.

Die vorangegangenen Ergebnisse legen zusammen mit der Verwendung des mehrschichtigen Werkstoffes Fusion™ den Grundstein für einen Entfall des Zusatzdrahtes in der Neuentwicklung des Remoteschweißverfahrens am Bördelstoß. Ausführlich werden die jeweils im Wärmeleitungs- und Tiefschweißen auftretenden Effekte differenziert gegenübergestellt und ihre Auswirkungen auf den neuen Prozess diskutiert und nachgewiesen. Hervorzuheben ist an dieser Stelle die periodisch schwankende Einschweißtiefe, welche sich aus einer anteiligen Eintauchbewegung des Laserstrahles im Wärmeleitungsschweißen ergibt. Dem liegt erwiesenermaßen einerseits eine mangelnde Benetzung des Stoßgrundes und damit verbunden eine erhöhte Schmelzbadebene sowie andererseits eine Bewegung der Schmelze durch ihre Oberflächenspannung entgegen der Schweißrichtung zu Grunde.

Mit dem Remoteverfahren ist nicht nur der Prozesswirkungsgrad zu verdreifachen, sondern auch die Rissneigung basierend auf einer ausgesprochen homogenen Durchmischung der Legierungselemente zu reduzieren. Darüber hinaus werden weitere Bauteiluntersuchungen zur Konzepttauglichkeit durchgeführt und gegenüber dem Standardprozess mit Zusatzdraht ausgewertet.

Das genannte Remoteverfahren ist ebenso wie eine neue Messmethodik zur Prüfung der Benetzbarkeit zur Patentanmeldung offengelegt.