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Monday, September 17, 2018, Alfred-Colsman-Saal 2:00 PM DVS-STUDENTENKONGRESS Anwendungen von modernen Lichtbogenprozessen |
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Prozessführung beim Laser Screw Welding von Hybridverbindungen für den automobilen Fahrzeugbau |
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Lukas Kaiser* / HIGHYAG Lasertechnologie GmbH
Hochschule für Wirtschaft und Recht Berlin, D Ulrich Borutzki / Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Deutschland |
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Das thermische Fügen von Aluminium und Stahl ist durch die verschiedenen physikalischen und technologischen Eigenschaften der Werkstoffe eine Herausforderung des Materialleichtbaus. Die Reduktion von Gewicht und damit einhergehende Steigerung der Energieeffizienz für Mobilitätsaufgaben (Automobil- und Schiffbau) ist allgemein von großem Interesse und kann durch Hybridbauweisen unterstützt werden. Gute Gebrauchseigenschaften der Fügeverbindungen werden durch eine Reduzierung der sehr spröden und harten intermetallischen Phasen auf eine Dicke von 5 bis 10 µm erreicht. Die aus der Phasenbildung resultierenden hohen Anforderungen an die Prozess- und Energieführung beim thermischen Fügen von Hybridverbindungen, wie ein präzise gesteuerter und reduzierter Energieeintrag, können durch das Laser Screw Welding erreicht werden. Laser Screw Welding beschreibt einen Prozess, bei dem Bleche in Überlappstoßkonfiguration punktuell mit einander verbunden werden. Der charakteristische Name des Prozesses entstammt der von einem Laserstrahl spiralförmig abgefahrenen Schweißbahn. Das Verfahren ist in der Lage auf einem Großserienniveau sowohl wirtschaftlich als auch technologisch Widerstandspunktschweißungen zu ergänzen bzw. zu ersetzen. Seit seiner Patentierung im Jahr 2015 kommt es primär für werkstoffreine Verbindungen zum Einsatz. Das Laser Screw Welding kann gegenüber dem Widerstandspunktschweißen und mechanischen Fügeverfahren sowohl eine eindimensionale Zugänglichkeit der Fügestelle, kürzere Durchlauf- und Prozesszeiten, eine Verminderung von Positionierbewegungen als auch eine Verminderung von erforderlichen Anlagenstationen positiv in Erscheinung treten. So verhindert bspw. eine Verfahrenskombination von Widerstandspunktschweißen und Laser Screw Welding das Auftreten von Stromnebenschlüssen im Falle geringer Schweißabstände. Durch die engere Positionierung der Schweißpunkte kann eine Erhöhung der Steifigkeit und dynamischen Belastbarkeit von Karosserien erreicht werden. Die Prozesszeit liegt pro Schweißpunkt unter 0,5 Sekunden. Das Laser Screw Welding wird häufig durch präzise Remote Laser Optiken ausgeführt. Ansteuerbare Galvanometerscanner und Achsen erzeugen einen drei dimensionalen Arbeitsraum, in welchem Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 60 m/min möglich sind. Die Arbeit zeigt die Prozessentwicklung von Aluminium-Stahl Laser Screw Welding auf und geht dabei auf sensorisch überwachte thermische Vorgänge während des Prozesses und die daraus abgeleiteten Energiesteuerungsmechanismen und Schweißstrategien ein. |