Schneiden und Schweissen von Aluminiumwerkstoffen mit Festkörperlasern für den Karosseriebau

In der Arbeit werden Lösungen für die Anwendung von Festkörperlasern hoher Strahlleistung an Aluminiumblechen entwickelt, wie sie im Bereich der Kraftfahrzeugherstellung mit grossen Produktionszahlen und dementsprechend kurzen Taktzeiten aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten gefordert werden. Dabei werden ausgehend von typischen Anwendungsbeispielen für den Karosserieleichtbau die Laserstrahlschneidbarkeit und die -schweissbarkeit von Aluminiumlegierungen im Hinblick auf hohe Prozesssicherheit behandelt.
Im Hinblick auf die Nahtausbildung beim Schweissen wird eine qualitativ beschreibende Modellvorstellung angegeben, die vom Einfluss der Oberflächenspannung und Schmelzbadströmung ausgeht. Während die Höhe der Oberflächenspannung in erster Linie über die Rauheit der Nahtoberfläche entscheidet, führen die durch den Temperaturgradienten der Oberflächenspannung erzeugten thermokapillaren Schmelzbadströmungen entsprechend den entwickelten Modellvorstellungen zu Unterschieden hinsichtlich der Prozesssicherheit, wie Schweissnahtfehlstellen (Schmelzauswürfe) und Poren (Gas- und Prozessporen), sowie der Nahtquerschnittsform (Tiefe, Breite). Die Ergebnisse sind dabei von der Legierungszusammensetzung, der Schutzgasart sowie von der Stoss und Nahtform abhängig. Mit diesen Modellvorstellungen sind alle Nahtquerschnittsformen bzw. die Nahtrauhigkeit sowie die von der Schmelzbadströmung abhängige Prozesssicherheit und Porenbildung zu interpretieren. Die entwickelten Modellvorstellungen bilden die Grundlage für ein tieferes Verständnis der Vorgänge beim Laserstrahl-Schweissprozess an Aluminium.