Band_389LP

Bild 1. Beeinträchtigung der Schweißnaht durch den Fügespalt. [6]
a) Schweißnahtausbildung bei technischem Nullspalt.
b) Nahteinfall bei überbrückbarem Fügespalt.
c) Lochbildung in der Schweißnaht durch nicht überbrückbaren Fügespalt.
1.2 Laserstrahlschweißen im Vakuum
Das Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) zeichnet sich gegenüber dem konventionellen Laserstrahlschweißen
durch Erhöhung der Prozessstabilität [2] bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität (auf das Niveau
von Elektronenstrahlschweißnähten [3]) und Einschweißtiefe [4] aus.
Im Umkehrschluss bedeutet dies aber auch, dass sich eine geforderte Einschweißtiefe mit einem signifikant
verringerten Energiebedarf erreichen lässt, was die Energieeinbringung ins Werkstück und damit auch Verzüge
signifikant reduziert. Darüber hinaus bietet die Verfahrensmodifikation des LaVa-Schweißens durch
das Vakuum einen hundertprozentigen Schutz vor Oxidation [5].
Bisher wurden die Vorteile des LaVa-Verfahrens nur bei vergleichsweise geringen Schweißgeschwindigkeiten
und hohen Einschweißtiefen gezeigt [3]. Dies gilt unter anderem auch, weil die Evakuierungszeiten dem
Verfahren immer als Argument gegen die Produktivität entgegengehalten werden.
Angepasste Vakuumtechnik sowie Modifikationen der LaVa-Anlagen lassen die Evakuierungszeiten allerdings
in den Hintergrund rücken. Aus diesem Grund werden im Folgenden die ersten Ergebnisse des
Schweißens von dünnen Edelstahlfolien mit dem LaVa-Verfahren vorgestellt.
2 Versuchsaufbau und -durchführung
In diesem Beitrag kommen verschiedene Versuchsaufbauten zum Einsatz. Sie werden nacheinander anhand
der vorgesehenen Fügeaufgabe vorgestellt.
2.1 Stumpfstoß
Die Schweißversuche zum Folien-Stumpfstoß werden an einer LaVaCELL HT500 durchgeführt, siehe Bild 2.
Es wird ein Singlemode-Faserlaser SPI redPOWER CUBE mit einer maximalen Laserleistung von 500 W
(λ = 1080 nm) verwendet. In den Versuchen wird zum Großteil der „Low Power Mode“ des Lasers genutzt,
wodurch die Maximalleistung auf 300 W begrenzt ist. Dies ermöglicht eine feinere Abstimmung der Laserstrahlleistung,
da die zu verschweißenden Folien aufgrund der geringen Materialstärke entsprechend geringe
Laserleistungen benötigen. Seitens des Herstellers SPI ist eine minimal einstellbare Laserleistung von
30 W angegeben. Die eingesetzte Scanner-Optik ist eine Raylase SS-IV 15. Zur Korrektur der Bildfeldwölbung
bei der Bearbeitung des ebenen Feldes wird ein f-Theta-Objektiv mit einer Brennweite von 255 mm
verwendet. In Kombination mit einer Kollimationslänge von 116 mm ergibt sich ein Fokusdurchmesser von
40 µm. Das Scanfeld zum Schweißen in der LaVaCELL HT500 beträgt 114 mm × 114 mm.
Als Versuchsmaterial werden Folien in einer Stärke von 50 µm aus dem Werkstoff X5CrNi18-10 (1.4301)
verwendet. Die Folien werden im Stumpf- bzw. I-Stoß angeordnet. Das Ziel der Untersuchungen ist eine
homogene Schweißnaht, die einen Vollanschluss der Folien auf 80 mm Länge ermöglicht.
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DVS 389