Laserschweisseignung von Aluminiumwerkstoffen für Anwendungen im Leichtbau / Laser in der Materialbearbeitung (PDF)

Der mangelnde Kenntnisstand über den Einfluss der Werkstoffeigenschaften auf den Bearbeitungsprozess bzw. das Bearbeitungsergebnis war bisher ein grosses Hindernis für die industrielle Nutzung des Laserstrahlschweissens von Aluminiumlegierungen im Leichtbau. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit eine umfassende Charakterisierung der Laserschweisseignung dieser Materialgruppe erstellt und die oben erwähnte Lücke dadurch geschlossen. Zuerst werden basierend auf einer Analyse der prozessbestimmenden Werkstoffeigenschaften Massnahmen zur Verfahrensoptimierung abgeleitet. Die Untersuchungsergebnisse demonstrieren den grossen Einfluss der Strahlparameter auf Prozesseffizienz und -verhalten. Es wird ein thermodynamischer Ansatz vorgestellt, mit welchem der Einfluss der Legierungselemente auf den Tiefschweissprozess quantitativ beschrieben werden kann. Anhand experimenteller Untersuchungen und unter Einbeziehung theoretischer Prozessmodelle wird gezeigt, dass das Tandem-Laserstrahlschweissen ein effektives Verfahren zur Prozessstabilisierung beim Tiefschweissen und damit zur Vermeidung von Prozessporen und Schmelzauswürfen ist. In einem weiteren Teil der Arbeit werden die metallurgischen Eigenschaften von Aluminiumleichtbauwerkstoffen bei der Laserbearbeitung und ihre Auswirkungen auf die Tragfähigkeit leichtbautypischer Stossarten betrachtet. Abschliessend werden die Grundlagenerkenntnisse auf zwei konkrete Anwendungsfälle im Karosserieleichtbau - Tallored Blanks und Knet/Guss-Verbindungen bei Space-Frame-Strukturen - übertragen und ein Vergleich mit konventionell gefügten Verbindungen durchgeführt. Inhalt Aluminium-Leichtbau im Verkehrswesen - Tiefschweisseffekt - Schmelzschweisseignung - Strahlqualität und -leistung - Einfluss leichtflüchtiger Legierungselemente auf den Tiefschweisseffekt - Prozessporen und Schmelzauswürfe - Prozessstabilisierung durchZweistrahltechnik - Werkstoffve