Laserschweißeignung von Aluminiumwerkstoffen für Anwendungen im Leichtbau: Laser in der Materialbearbeitung

1 Einleitung.- 2 Laserschweißen im Aluminium-Leichtbau: Grundlagen und Stand der Technik.- 3 Zielsetzung und Vorgehensweise.- 4 Versuchseinrichtungen und -durchführung.- 5 Einfluß der Werkstoffeigenschaften auf den Tiefschweißeffect.- 6 Prozeßinstabilitäten und Nahtimperfektionen.- 7 Metallurgische Eigenschaften und Laserschweißeignung.- 8 Mechanische Eigenschaften leichtbautypischer Stoßarten.- 9 Applikationsbeispiele für den Einsatz des Laserschweißens im Aluminium-Leichtbau.- 10 Zusammenfassung.- Anhang: Thermodynamische Daten.- Literatur.

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