TU Ilmenau Humbold Bau

Projektdaten



Spritzerarmes Laserstrahlschweißen bei hohen Geschwindigkeiten unter Einsatz angepasster Intensitätsverteilungen


Hochschule
TU Ilmenau
Fakultät/Einrichtung
Thüringer Zentrum für Maschinenbau (ThZM)
Förderkategorie
Bund
Zeitraum
2016 - 2019
Drittmittelgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Bewilligungssumme, Auftragssumme
203.040,00 €

Abstract:

Das Laserstrahlschweißen erreicht bei Einsatz eines geeigneten Handlingssystems aufgrund seiner hohen Leistungsdichte Schweißgeschwindigkeiten bis 20 m/min. Jedoch können diese wirtschaftlich bedeutenden Schweißgeschwindigkeiten nur in gewissen Grenzen genutzt werden, da die Strömungsbedingungen um die Kapillare sowie die Wechselwirkung des austretenden Metalldampfs mit der umgebenden Schmelze zur vermehrten Bildung von Spritzern, insbesondere bei nicht rostenden Stählen, führt. Diese führen zu Nahtimperfektionen sowie Anhaftungen auf der Bauteiloberfläche, die den Korrosionsschutz des Bauteils beeinträchtigen können. Daraus resultieren Nacharbeit bzw. eine Begrenzung der Schweißgeschwindigkeit. Demgegenüber ist eine gesteigerte Produktion unter Einhaltung der Qualitätsanforderungen von hoher wirtschaftlicher Bedeutung und kann durch eine Verschiebung der Prozessgrenze hin zu höheren Schweißgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Reduktion der Spritzerbildung erreicht werden. Hier setzt das Forschungsvorhaben mit der gezielten Betrachtung der Wechselwirkung des Laserstrahls und seiner angepassten Intensitätsverteilung mit dem Werkstück an. Dem Ansatz liegt eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeiten durch ein lokal vergrößertes Schmelzbad zu Grunde, um daraus folgend die Spritzerbildung für einen breiten Geschwindigkeitsbereich zu reduzieren. Hierfür sind komplexe, angepasste Intensitätsverteilungen notwendig, die ein spritzerfreies Schweißen bei hohen Schweißgeschwindigkeiten erlauben. Gegenwärtig erhältliche Strahlformungskomponenten ermöglichen die Realisierung dieser Intensitätsverteilungen nicht. Demgegenüber bieten sich refraktive (brechende) optische Elemente zur Laserstrahlformung an und zeichnen sich gegenüber diffraktiven (beugenden) Elementen durch eine hohe Effizienz aus. Das Forschungsvorhaben verknüpft dabei die Fragestellungen des Optikdesigns zur effizienten Strahlformung mit dem Ziel des spritzerfreien, schnellen Laserstrahlschweißens.
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