Laser-Mehrlagen-Engstspaltschweißen zum verzugsarmen und heißrissfreien Fügen von Aluminium-Legierungen im Dickblechbereich

Aluminium und seinen Legierungen kommt als dem wirtschaftlich wichtigsten metallischen Konstruktionswerkstoff geringer Dichte für einen nachhaltigen, ressourceneffizienten und gleichzeitig betriebswirtschaftlich günstigen Leichtbau eine Schlüsselrolle zu, die in absehbarer Zukunft noch zunehmen wird. Damit steigt auch der Bedarf an effizienten Fügeverfahren. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit, relativ großer Wärmekapazität, der großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der Verschlechterung der mechanisch-technologischen Eigenschaften bei den hochfesten Legierungen kommen die verfahrenstypischen Vorteile der Strahlverfahren beim Schweißen von Al-Legierungen besonders zum Tragen. Der Schlüssel liegt dabei in einem konzentrierten Energieeintrag durch den fokussierten Strahl, welcher ein tiefes Aufschmelzen des Werkstoffes bei hohen Schweißgeschwindigkeiten, geringer Wärmedisposition in das Bauteil und geringem Bauteilverzug ermöglicht. Obwohl die Strahlschweißverfahren wie Laserstrahlschweißen und insbesondere Elektronenstrahlschweißen verfahrenstechnisch für das Schweißen großer Blechdicken prädestiniert sind, stoßen sie jedoch beim Tiefschweißen von hochfesten Al-Legierungen auf bisher unüberwindliche Anwendungsgrenzen, die einerseits durch die Schweißmetallurgie und andererseits durch die hohen Investitionskosten für Laser bzw. Elektronenstrahlkanonen bedingt sind. Letztlich bedeutet dies, dass viele industrielle Anwendungen insbesondere in den KMU dem Strahlschweißen nicht zugänglich sind. Mit einem neuen verfahrenstechnischen Ansatz, der die überragende Strahlqualität und Energieeffizienz neuester Typen von Festkörperlasern nutzt, ergeben sich Chancen, beide Anwendungsgrenzen gleichzeitig zu überwinden. Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand darin, den neuartigen Ansatz des Mehrlagen-Engstspaltschweißens (MES) mittels brillanter Laserstrahlquellen geringer Leistung für das Dickblechschweißen in Al-Werkstoffen und insbesondere heißrissgefährdeten Legierungen zu entwickeln. Damit sollen drei wesentliche Anwendungsgrenzen für das Dickblechschweißen von Al-Legierungen in KMU - fehlende technische Lösungsmöglichkeit, nicht ausreichende Prozesssicherheit und hohe Investitionskosten - überwunden werden