halle 13 - Alme AG

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Investitionskosten für kmU ebenso wie der reine
Laserschweißprozess nur begrenzt einsetzbar.
Doch bei einer Kombination aus Lichtbogen- und
Laserprozess muss der Laser nicht zwangsläufig die
Aufgabe des Schweißens übernehmen, sondern
kann auch zur Stabilisierung und zur Lenkung des
Lichtbogens eingesetzt werden. Das grundlegende
Prinzip des lasergeführten und stabilisierten
Schweißens (LGS) beruht auf der Wechselwirkung
des Lichtbogens mit dem Laserstrahl, wobei der
benötigte Anteil der Laserleistung zur Gesamt -
energiebilanz nur 10-20 % beträgt. Mittels eines
in der Wellenlänge speziell auf den Lichtbogen -
prozess abgestimmten Diodenlasers ist eine
Steigerung der Vorschub geschwindigkeit des
MSG-Schweißprozesses auf Stahlwerkstoffen
um bis zu 60 % realisierbar. Die Steigerung der
Schweißgeschwindigkeit erzielt eine geringere
Wärmeeinbringung, die sich neben einer gerin -
geren Beeinflussung der Werkstoff gefüge vor
allem in geringeren Wärmeverzügen widerspiegelt.
Eine weitere Möglichkeit, die Stabilisierung des
Lichtbogens auszunutzen, liegt in der Fertigung
schlankerer Schweißnähte. Bei Steigerung der
Schweißgeschwindigkeit, bei gleichzeitig stabilem
Lichtbogen, können schmale Nähte erzeugt
werden, die ansonsten nicht mit einem Lichtbogenprozess
zu realisieren wären. Für das LGS-Verfahren
sind die Investitionskosten deutlich geringer,
da für die Lichtbogenstabi lisierung nur geringe
Laser leistungen von wenigen 100 W installiert
werden müssen.
Im Bereich der Trenntechnik von Blechen ist der
Laser seit Jahren etabliert. Wachstumspotenzial
bietet hier vor allem die Integration in neue
Fertigungsprozesse. Ein Beispiel ist der Einsatz des
Lasers zum Trennen von Blechen im Rahmen des
flexiblen Rollformprozesses, dessen weite Verbrei -
tung insbesondere in der Automobilindustrie in den
nächsten Jahren erwartet werden kann. Hierzu führt
ein Konsortium aus 22 Partnern und 6 Ländern For -
schungsarbeiten im integrierten Projekt PROFORM
durch. Die Notwendigkeit für den Lasertrennprozess
liegt hier in der veränderlichen Kontur des umgefor -
mten Profils, wobei im Vergleich zu konventionellen
Verfahren die Flexibilität und Verschleißfreiheit
positiv zu Buche schlagen. Im Rahmen des Rollform -
prozesses kann der Laser jedoch nicht nur die
Aufgabe des Trennens übernehmen. Die Rollform -
industrie steht stets unter dem Zwang, die
geforderten Formgenauigkeiten von rollgeformten
Bauteilen z.B. für die Automobilindustrie ein -
zuhalten. Durch den zunehmenden Einsatz von
hochfesten Stählen im Karosseriebau steigen die
Anforderungen an die Bauteilfertigung. Erhöhte
Umformkräfte und die Rückfederung nach dem
Rollformprozess erfordern eine gute Anlageneinund
-nachstellung. Hier kann der Laser durch
Induzierung thermischer Spannungen als Biegewerk -
zeug für kleine Umformgrade zum Einsatz kommen.
Doch auch über das Schweißen und Trennen
hinaus existieren vielfältige Einsatzgebiete für
das Werkzeug Laser in der Blechbearbeitung. Ein
Beispiel stellt das Auftragschweißen von Metall-
Keramik-Verbundschichten auf sehr dünnen
Blechen mit Stärken von 0,1 und 0,2 mm, wie sie
für Stanzmatrizen in der papierverarbeitenden
Industrie verwendet werden, zur Erzeugung von
Konturen dar. Ziel ist dabei die Verbesserung der
tribologischen Eigenschaften und die Reduzierung
der Oberflächenadhäsion durch lokale Verstärkung
der Blechoberfläche mit Stahl-Matrixpulver und
keramischen Nanopartikeln. Dem Prozess des
Auftragschweißens werden Partikel mit einer
Größenordnung von etwa 50-200 nm zugeführt.
Im Rahmen aktueller Forschungsarbeiten wird
untersucht, inwieweit das Auftragschweißen
ohne Verzug der Bleche möglich ist.
Der Laser wird in der Blechbearbeitung jedoch
nicht nur zur Materialbearbeitung des Werkstücks,
sondern auch zur Modifikation der Werkzeuge
eingesetzt. Durch den zunehmenden Einsatz
von Aluminium- und hochfesten Stahlblechen
im Leichtbau steigen die Anforderungen an
die Umformwerkzeuge. So treten z.B. bei den
Werkzeugen zum Scherschneiden komplexe
tribologische und mechanische Beanspruchungen
beim Schneidprozess auf, die wiederum einen
erhöhten abrasiven bzw. adhäsiven Verschleiß der
Schneidwerkzeuge zur Folge haben. Hier kann das
Laserstrahldispergieren Abhilfe leisten, indem die
Werkzeuge mit gradierten Dispersionsschichten
versehen werden. Mit Hilfe der mit Zirkondioxid
dispergierten Schneidwerkzeuge können längere
Standzeiten erreicht werden, wodurch Produktions -
ausfälle aufgrund von Werkzeugwechseln und die
Kosten für neue Werkzeuge verringert werden.
Durch die schnellen Aufheiz- und Abkühlraten des
Laserprozesses wird die Härte im dispersionschicht -
Inhalt
nahen Bereich des Werkzeugs gegenüber derjenigen
im Grundmaterial erhöht, was eine verbesserte
Stützwirkung für die Dispersionsschicht zur Folge hat.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der
Laser in der Blechbearbeitung immer vielfältigere
Anwendungsgebiete findet. Dabei bleibt der
Lasereinsatz durch neue Entwicklungen von
brillanten Strahlquellen wie Scheiben- und
Faserlaser höchster Ausgangsleistungen und
Kombination mit dem Lichtbogenschweißprozess
nicht mehr auf das Schweißen dünner Bleche
beschränkt. Neue Anwendungsfelder in der
Energie- und Transporttechnik können somit
erschlossen werden und versprechen weiteres
Wachstum. Besonderes Augenmerk liegt dabei
immer auf der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit,
bspw. durch Reduzierung der Investitionskosten,
der Nacharbeit oder einer gesteigerten Produk -
tivität. Dieses kann durch neuartige Schweiß -
strategien im gepulsten Laserschweißverfahren
erfolgen oder durch gänzlich neue Verfahrens -
ansätze, wie durch das laserstabilisierte Licht -
bogenschweißen gezeigt. Neben den etablierten
schweiß- und trenntechnischen Anwendungen
sind jedoch auch Anwendungen zur Modifikation
von Blechoberflächen, zum Laserbiegen und zum
Dispergieren von Schneidwerkzeugen für die
Blechbearbeitung zu nennen, die nochmals die
Flexibilität des Werkzeugs Laser verdeutlichen.
Autoren: Dipl.-Ing. Dirk Herzog, Dipl.-Ing. Peter
Kallage, Dipl.-Ing. Christian Stahlhut,
Dipl.-Ing. André Springer, Dipl.-Ing. Nils Weidlich,
Dipl.-Ing. (FH) Christian Hennigs, Dipl.-Ing. Sabine
Claußen (Laser Zentrum Hannover e.V.)
Laserdispergierprozess an einem Umformwerkzeug
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