Laserschweißen von Aluminium der Serien 5xxx bis 6xxx

Das Schweißen von Bauteilen in der Automobilindustrie, die häufig Aluminium enthalten, führt oft zu Komplikationen. Aluminium neigt beim Schweißen zum „Warmriss“, da verschiedene Legierungselemente bei unterschiedlichen Temperaturen erstarren, was dazu führt, dass sich die noch flüssigen Bestandteile in der Schmelzzone während des Erstarrungsprozesses voneinander trennen. Traditionell wird dieses Problem durch den Einsatz von Zusatzwerkstoff gelöst, was naturgemäß die Kosten erhöht und den Schweißprozess verkompliziert.

Schweißverfahren

Ziel des Projekts war es, Aluminium der Serien 5xxx bis 6xxx mit einem abtastenden Laserschweißkopf zu schweißen. Der Einsatz von Schweißzusatzdraht kam nicht in Frage, da ferngesteuerte Schweißköpfe nicht mit Drahtvorschubgeräten kompatibel sind. Für diese Aufgabe wählten wir den Faserlaser COHERENT HighLight FL-ARM (Abb. 1), der eine unabhängige Leistungssteuerung des zentralen und des ringförmigen Laserstrahls ermöglicht. Der zentrale Laserring mit einem Durchmesser von 0,2 mm und der Ringstrahl mit einem Durchmesser von 0,6 mm wurden mittels eines ferngesteuerten Scan-Schweißkopfes auf die Oberfläche des oberen Aluminiumblechs gerichtet. Die zu verschweißenden Aluminiumbleche hatten eine Dicke von 0,8 mm und wurden mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von 5 m/min verschweißt. Die Laserleistung im Ringstrahl betrug 1500 W, und die Leistung des Zentralstrahls wurde im Bereich von 500 bis 1000 W eingestellt, um die Eindringtiefe unabhängig von der Schweißnahtbreite variieren zu können. Die verwendete optimierte Strahlkonfiguration ermöglichte eine präzise Steuerung sowohl der Vorwärmung als auch der Nachwärmung des Materials, wodurch Probleme durch schnelles Abkühlen des Werkstücks vermieden und der Bedarf an Zusatzdraht eliminiert wurden.

Schweißergebnis

Der COHERENT HighLight FL-ARM-Faserlaser hat bewiesen, dass er Aluminium ohne den Einsatz von Zusatzdraht schweißen und so Warmrisse im Material verhindern kann. Die Ergebnisse und die Wirksamkeit feiner Änderungen in der Leistungsverteilung des Lasers sind in Abbildung 3 dargestellt. Die Abschnitte A und B zeigen, dass durch Anpassung des Strahlintensitätsprofils die Schweißtiefe bei konstanter Schweißnahtbreite gesteuert werden kann.

Schlussfolgerung

Im Verlauf des Projekts hat sich bestätigt, dass das Schweißen von Aluminium der Serien 5xxx bis 6xxx mit dem COHERENT HighLight FL-ARM-Faserlaser eine innovative und effiziente Methode darstellt, die den Einsatz von Zusatzdraht überflüssig macht. Dieses Verfahren nutzt einen ferngesteuerten Scan-Schweißkopf, der eine unabhängige Steuerung der Leistung des zentralen und des ringförmigen Laserstrahls ermöglicht.

Dank der optimierten Strahlkonfiguration konnte eine präzise Steuerung der Vor- und Nacherwärmung des Materials erreicht werden, wodurch Probleme im Zusammenhang mit Warmrissen wirksam vermieden wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Schweißtiefe durch Anpassung des Strahlintensitätsprofils leicht steuern lässt, wobei die Schweißnahtbreite konstant bleibt.

Insgesamt lässt sich feststellen, dass der Einsatz des COHERENT HighLight FL-ARM-Lasers und des abtastenden Laserschweißkopfes zu einer erheblichen Verbesserung des Schweißprozesses von Aluminium-Bauteilen geführt hat. Auf diese Weise konnten die traditionellen Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von Zusatzwerkstoff erfolgreich überwunden werden, was nicht nur Kosteneinsparungen, sondern auch eine Vereinfachung des gesamten Schweißprozesses bedeutet.