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Ziel der Entwicklung

Der Bedarf an Laserlängsschweißungen steigt stetig. Aktuell werden für Längsnahtschweißungen hauptsächlich CO2-Laser eingesetzt. Ursächlich hierfür ist in erster Linie die mit dem Faserlaser verbundene Spritzerbildung bei dieser Schweißaufgabe. Gelänge es, diese zu reduzieren, so wären die Faserlaser im Einsatz deutlich kosteneffizienter als CO2-Laser, da sie energieeffizienter arbeiten und dadurch geringere Betriebskosten verursachen. So bewegt sich der Wirkungsgrad von Faserlasern typischerweise um die 30 %, während jener von CO2-Lasern bei ca. 10 % liegt. Hinzu kommen beim CO2-Laser die nötigen Wechsel des Arbeitsgases. Es wären also Verfahren wünschenswert und betriebs- sowie volkswirtschaftlich sinnvoll, die den Einsatz von Faserlasern auch bei Längsnahtschweißungen mit höheren Geschwindigkeiten ermöglichen, ohne dass dadurch eine Nachbearbeitung erforderlich wird.

Vorteile und Lösungen

Durch den Einsatz dynamischer Strahlformung konnten sowohl an den Werkstoffen S235JR, 1.4301, als auch an AlMg3 Laserschweißnähte mittels eines Single Mode Faserlasers erzielt werden, bei denen die Spritzerbildung gegenüber dem Einsatz klassischer Gaussprofile deutlich reduziert wurde. Hierfür kamen eckige Strahlprofile zum Einsatz, bei denen die Leistung über die Fläche variiert wurde. Der Einsatz dieser Profilform sorgt für eine langsamere Umströmung des Keyholes und so für ein ruhigeres Schmelzbad. Die gefundenen Profilformen variieren sowohl über die Werkstoffe, als auch über die Materialstärken. Für die drei genannten Materialien wurden Schweißanweisungen erstellt. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass auch ein dynamisches Strahlpendeln in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls das Potenzial hat, die Schweißnahtqualität zu verbessern und die Spritzerbildung zu reduzieren.

Zielmarkt

Die aus dem Forschungsvorhaben generierten Erkenntnisse tragen zu einer Leistungssteigerung des Laserschweißens bei, was zu einem verbreiteten Einsatz führen wird. Durch die Substitution von CO2-Lasern durch Faserlaser können energieeffizientere Schweißprozesse durchgeführt werden. Zudem ist das entwickelte Verfahren mit konventionellen Singlemode-Faserlasern anwendbar. Eine Anschaffung teurer Mehrkern-Faserlasersysteme der neuesten Generation kann somit entfallen.