Laserschweißen von Kupferwerkstoffen untersucht

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Schweißnähte haben gleichbleibende Qualität bei grüner Laserstrahlung

Während mit infraroter Laserstrahlung erzeugte Schweißnähte insbesondere bei niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten zahlreiche Fehlstellen aufweisen, können unter Anwendung grüner Laserstrahlung Schweißnähte gleichbleibender Qualität erzeugt werden. Dies stellt einen entscheidenden Fortschritt dar, den es im weiteren Projektverlauf auszubauen und zu optimieren gilt.

Kehlnahtschweißen von Kupferbauteilen untersucht

Schwerpunkt der Untersuchungen von Siemens stellt das Direktschweißen von Kupferbauteilen auf Kupferverbundstoffe dar. Weiterhin wurde das Schweißen von Fügepartnern unterschiedlicher Dicke und Werkstoffkombinationen erprobt. Wie sich im Projekt herausstellte ist das Laserstrahlschweißen dem WIG- und Widerstandsschweißen überlegen, da die minimal erzielbare Nahtbreite deutlich geringer ist und Nähte mit größeren Aspektverhältnissen geschweißt werden können. Erprobt wurde unter anderem das Kehlnahtschweißen von Kupferbauteilen. Darüber hinaus wurden Laserschweißungen von E Cu auf metallisierte Keramiksubstrate untersucht.

Blindnaht kombiniert aus grünen und infaroten Laserstrahl geschweißt

Die möglichen Vorteile eines Kombinationsprozesses unter Anwendung sowohl grüner als auch infraroter Laserstrahlung werden am Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart untersucht. An einem Bronzewerkstoff (CuSn6) wurden dazu zunächst Blindnähte mit jeweils nur grüner oder nur infraroter Wellenlänge erzeugt. Im direkten Vergleich dazu wurden Blindnähte in Kombination beider Wellenlängen geschweißt. Durch diesen Kombinationsprozess konnte die erforderliche Laserleistung zur Erzielung eines Tiefschweißprozesses reduziert werden. Dies ist für industrielle Anwendungen im Hinblick auf eine deutliche Energieeinsparung sehr interessant.

Das IFSW untersucht weiterhin den Einfluss der Positionierung der beiden Laserstrahlen zueinander. Eine Optik, die die Fokussierung des grünen und des infraroten Laserstrahls in der Prozesszone sowie eine Verschiebung der beiden Fokuspunkte zueinander erlaubt, wird derzeit von der Technologiegesellschaft für Strahlwerkzeuge mbH und der Precitec KG aufgebaut.

Dickerer Bauteile als bisher schweißen

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik hat unter anderem Untersuchungen zum Laserstrahlschweißen von CuFe2P durch Beaufschlagung mit Laserleistung grüner Wellenlänge und brillanter Strahlqualität bei kleinen Fokusdurchmessern durchgeführt. Im direkten Vergleich zu Schweißungen, die mit einem infraroten Laser hoher Strahlqualität vorgenommen wurden, konnten deutlich größeren Einschweißtiefen erzielt werden. Damit lassen sich zukünftig wesentlich dickere Bauteile als bisher schweißen. Somit eröffnet dieses Laserverfahren den Weg zu neuen Anwendungen.

In Zusammenarbeit mit der Kleiner GmbH entwickelt das ILT den Laserschweißprozess für ein erstes Demonstratorbauteil. Weitere anwenderspezifische Schweißaufgaben, z. B. der Wieland-Werke, werden im Projektverlauf untersucht.

Bereits jetzt kann festgestellt werden, dass der Einsatz von Lasern zum Schweißen von Kupferbauteilen den Weg für neue Produktdesigns eröffnet. Dies ist besonders im Bereich der Elektrik und Elektronik von Bedeutung, da so die mechanische und thermische Belastbarkeit erhöht und die Bauteile weiter miniaturisiert werden können. Dies ist notwendig, um die hohen Qualitätsanforderungen an elektrotechnische Bauteile, z. B. in der Leistungselektronik und bei elektrischen Antrieben, kostengünstig und in kompakter Bauweise zu erfüllen. Der Laser kann hier zu einer signifikanten Steigerung der Prozessgeschwindigkeit und -genauigkeit beitragen. (jus)

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