Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
Logo Universität Kassel

mS-LaserSchall

Entwicklung eines mitbewegten Systems zur Schmelzbadbeeinflussung beim Laserstrahlschweißen durch gerichtete Schallwellenüberlagerung

Projektbeschreibung

Das Verbundvorhaben „mS-LaserSchall“ befasst sich mit der Entwicklung eines mitbewegten Systems zur Schmelzbadbeeinflussung beim Laserstrahlschweißen durch gerichtete Schallwellenüberlagerung. Das Ziel des Vorhabens ist die Steigerung der Prozesssicherheit des Laserstrahlschweißens von bisher nur bedingt oder nicht schweißgeeigneten hochfesten Stahl- und Aluminiumlegierungen.

Das Thema der Ressourceneffizienz erlangt in der Produktionstechnik eine immer größere Bedeutung und folgt somit dem Ansatz der grundlegenden Nachhaltigkeit von Prozessen und Produkten. Dabei bezieht sich der Einsatz von Energie und anderen Ressourcen nicht nur auf den Herstellungsprozess von Produkten, sondern auf den gesamten Produktlebenszyklus. Besonders bedeutend ist dabei die Energieausnutzung im Mobilitätsbereich, die durch konsequenten Leichtbau unter Verwendung von hochfesten Leichtbauwerkstoffen, welche bisher nur bedingt oder nicht schweißgeeignet sind, erreicht wird. Daraus resultiert die Bestrebung der Fügetechnik, innovative Prozesse wie das Laserstrahlschweißen für die Leichtbauwerkstoffe unter dem Aspekt der Prozesssicherheit, zu etablieren. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz von hochfesten Stahl- und Aluminiumlegierungen, welche entsprechend gute mechanisch-technologische Eigenschaften aufweisen. Das Fügen dieser Werkstoffe durch das Laserstrahlschweißen ist problembehaftet und es können zentrale Anforderungen an die Schweißqualität, wie beispielsweise die Druckdichtigkeit auf Grund von Durchschüssen und Porenbildung, nicht gewährleistet werden. Das Laserstrahlschweißen würde sich jedoch besonders für das Fügen dieser Leichtbauwerkstoffe anbieten. Durch den konzentrierten Wärmeeintrag wird bei dem Verfahren eine nur geringfügige Wärmebeeinflussung des umliegenden Grundwerkstoffs erreicht und somit die Größe der für Schweißverbindungen kritischen Wärmeeinflusszone (WEZ) im Vergleich zu konventionellen Schmelzschweißverfahren deutlich reduziert. Um die Prozesssicherheit für bisher bedingt oder nicht schweißgeeigneten hochfeste Stahl- und Aluminiumlegierungen steigern zu können, muss der Prozess des Laserstrahlschweißens weiterentwickelt werden.

Diese Weiterentwicklung kann durch eine gezielte Beeinflussung der Schmelzbadströmung, die mit Hilfe von gerichteter Schallwellen erfolgt, realisiert werden. Dabei entstehen aufgrund der Schallwellen lokale Dekompressions- und Kompressionsbereiche, wodurch Druck- und Temperaturänderungen auftreten. Durch die ständig wechselnden Druckbereiche entstehen Kavitäten, wodurch mechanische Effekte wie Strömungsturbulenzen auftreten und so für eine erhöhte Dendritenabscherung und Keimbildung während des Erstarrungsprozesses sorgen. Um die Systemtechnik mittelfristig in dem Bereich der Schweißprozesse zu etablieren, muss für die gezielte Überlagerung des Schweißprozesses eine Weiterentwicklung der bisher verfügbaren Schallerreger zu einem mitbewegten System realisiert werden.

An dieser Stelle greift das Projekt „mS-LaserSchall“ mit dem Ziel der Entwicklung eines mitbewegten Systems, welches anhand von Schallerregern den Schweißprozess in einem definierten Abstand mit Schallwellen überlagert. Des Weiteren wird ein Monitoring-System entwickelt, wodurch den potenziellen Endanwendern eine direkte Qualitätskontrolle ermöglicht wird. Durch die Entwicklung eines mitbewegten Schallerregersystems soll die Prozesssicherheit von nicht, oder nur bedingt schweißgeeigneten hochfesten Stahl- und Aluminiumlegierung deutlich gesteigert werden.

Projektziele

  • Steigerung der Prozesssicherheit während des Laserstrahlschweißens von hochfesten Stahl- und Aluminiumlegierungen
  • Entwicklung und Implementierung eines mitbewegten Systems zur Schmelzbadbeeinflussung mittels Schallwellenüberlagerung während des Laserstrahlschweißens
  •  Entwicklung und Optimierung eines Verstärkers zur Ansteuerung der Schallerzeuger
  • Entwicklung eines geeigneten Monitoring-Systems und einer Schnittstelle zur Implementierung in bestehende Laserschweißanlagen
Projektbild mS-LaserSchall

Laufzeit
01.10.2018 bis 30.09.2020

HA-Projekt-Nr.:
671/18-94

Fördermittelgeber

Landesoffensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-Ökonomischer Exzellenz (LOEWE)
Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben

Veröffentlichungen
-

Projektbearbeiter
Christian Wolf, M.Sc.

Projektpartner

isi-sys GmbH
Ort: Kassel

Universität Kassel, Fachgebiet tff
Ort: Kassel