Beim Schweißen von dicken Blechen müssen teils große Nahtfugen aufgefüllt werden. Ziel des Projekts “ÖkoHybrid” ist es daher, durch die Zufuhr von relativ dickem Draht mit einem Durchmesser von 3 mm die Naht mit weniger Lagen schließen zu können. Dadurch soll der Fügeprozess deutlich schneller und ressourcenschonender werden. Ein mitlaufender Laserstrahl soll dabei den Prozess beschleunigen und stabilisieren.
Stabiler Hybridschweißprozess dank Hochleistungs-Schweißstromquelle
Im Rahmen des Projekts „ÖkoHybrid“ untersuchen die LZH-Wissenschaftler:innen Schweißprozesse an Feinkornbaustählen mit Blechdicken von bis zu 20 mm. Dazu werden sie einen neuartigen Hybridbearbeitungskopf entwickeln und aufbauen. Sie werden eine bereits kommerziell verfügbare Laserstrahlquelle mit einer Leistung von 3 kW und eine Schweißstromquelle mit einer Leistung von bis zu 40 kW kombinieren. Die Schweißstromquelle wird vom Projektpartner ELMA-Tech GmbH entwickelt. Der Projektpartner FÖRSTER welding systems GmbH wird eine Komplettanlage für den Hybridschweißprozess realisieren. Die Westsächsische Hochschule Zwickau wird grundlegende Untersuchungen zum MSG-Schweißprozess durchführen und die Schweißverbindungen prüfen sowie charakterisieren.
Das Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen kombiniert die Vorteile des MSG-Dickdrahtschweißens mit denen des Laserstrahlschweißens in einer gemeinsamen Prozesszone. So wird eine hohe Abschmelzleistung sowie eine hohe Schweißgeschwindigkeit erreicht. Mit dem Einsatz der 3 mm dicken Drähte kann viel Material eingebracht werden, damit ließe sich die Anzahl der zu schweißenden Lagen deutlich reduzieren und dadurch die Effizienz steigern. Der zusätzlich eingesetzte Laserstrahl erhöht dabei die Prozessstabilität.
Stahlbauteile im Grobblechbereich: großer Bedarf an schnellen Verfahren
Feinkornbaustähle kommen beispielsweise im Schiff-, Fahrzeug- und Pipelinebau zum Einsatz. Sie besitzen eine höhere Festigkeit als konventionelle Baustähle, weshalb geringere Materialstärken verwendet werden können. Damit wird es möglich, weniger Material einzusetzen und folglich das Gewicht der Bauteile zu verringern. Das Material stellt allerdings hohe Anforderungen an den Schweißprozess: Beispielsweise führt eine zu langsame Abkühlung beim Schweißprozess zu unzureichenden Festigkeiten und Zähigkeiten, während sich bei einer zu schnellen Abkühlung Risse und Nähte mit hoher Härte bilden können. Die Wissenschaftler:innen wollen daher die Schweißgeschwindigkeit und die Abschmelzleistung unter Einhaltung der erforderlichen Abkühlzeiten steigern.
Über ÖkoHybrid
Das Teilprojekt „Prozessentwicklung zum Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen mit größerem Drahtdurchmesser“ wird innerhalb des Projekts „Ökonomisches Hochleistungsschweißen von Feinkornbaustählen mittels Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen größerer Drahtdurchmesser (ÖkoHybrid)“ im Rahmen des „Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM)“ mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert (FKZ: KK5111716KT3).
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Als unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut steht das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) für innovative Forschung, Entwicklung und Beratung. Das durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Verkehr, Bauen und Digitalisierung geförderte LZH widmet sich der selbstlosen Förderung der angewandten Forschung auf dem Gebiet der Photonik und Lasertechnologie. 1986 gegründet arbeiten inzwischen fast 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am LZH.
Das LZH bietet mit seinen Anwendungen der smarten Photonik Lösungen zu gegenwärtigen und zukünftigen Herausforderungen. Dabei arbeiten Naturwissenschaftler:innen und Ingenieur:innen interdisziplinär zusammen entlang der Prozesskette: von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme oder für Quantentechnologien bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizin- und Agrartechnik oder für den Leichtbau im Automobilsektor. 18 erfolgreiche Ausgründungen sind bis heute aus dem LZH hervorgegangen. Das LZH schafft so einen starken Transfer zwischen grundlagenorientierter Wissenschaft, anwendungsnaher Forschung und Industrie – und nutzt Licht für Innovation.