Hochleistungs-Scheibenlaser
Final Report Abstract
Der beschaffte Hochleistungs-Scheibenlaser wurde in den ersten drei Jahren in Forschungsprojekten zum Laserstrahlschweißen sowie auch zum thermischen Umformen eingesetzt. Ein Schwerpunkt der Untersuchungen war die Verbesserung der Nahtqualität beim Laserstrahlschweißen insbesondere von Leichtbauwerkstoffen und -strukturen im Rahmen des Kompetenzzentrums Schweißen von Aluminiumlegierungen. Hierfür wurden neuartige Schweißzusatzwerkstoffe entwickelt und erprobt. Dabei wurde nachgewiesen, dass die Gefahr der Heißrissbildung bei AlMgSi-Legierungen durch besonders hochlegierte Zusatzwerkstoffe deutlich reduziert werden kann. In einem weiteren Vorhaben wurde gezeigt, wie durch die gezielte Beeinflussung des Erstarrungsregimes mit Hilfe geeigneter Keimbildner die Schweißbarkeit von Aluminiumlegierungen unterschiedlicher Legierungsgruppen und die resultierenden mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung verbessert werden können. Um die Verteilung des Schweißzusatzwerkstoffs im Schweißgut und damit ebenfalls auf die Erstarrungsbedingungen zu beeinflussen, wurden in einem weiteren Vorhaben die Wirkung äußerer Magnetfelder auf die Strömungsverhältnisse im Aluminium-Schweißgut untersucht. Anwendungsnahe Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms durchgeführt, wobei einerseits das Schweißen neuartiger Aluminiumwerkstoffe für Luftfahrtanwendungen wie der AlMgSc-Legierungen betrachtet wurde, andererseits im Rahmen der Entwicklung neuer metallischer Bauweisen im Flugzeugbau anhand von Kastenstrukturen für Landeklappen die Fertigungsmöglichkeit unterschiedlicher Designvarianten mittels Laserstrahlschweißen beleuchtet wurde. Ebenfalls im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms wurde das Laserstrahlschweißen von Titanwerkstoffen und Edelstahl in Kombination mit einem nachfolgenden thermischen Umformen zur Kompensation des Schweißverzuges für die Entwicklung aerodynamisch verbesserter Leitwerksvorderkanten in Laminartechnologie eingesetzt. Das thermische Umformen von Stählen mittels Laserstrahl wurde in zwei Forschungsprojekten im Wesentlichen mit Hilfe der numerischen Simulation untersucht. Dabei wurde der Hochleistungs-Scheibenlaser für die experimentelle Verifizierung eingesetzt. In einem Verbundprojekt zum Strahlschweißen rissempfindlicher Nickelbasiswerkstoffe größerer Blechdicken wurde das Schweißen mit dem Hochleistungs-Scheibenlaser dem Vakuum-Elektronenstrahlschweißen vergleichend gegenübergestellt. Dabei zeigte sich ein deutlicher Vorteil des Elektronenstrahls, da es mit dem atmosphärischen Laserstrahlschweißen trotz relativ hoher Strahlqualität nicht in gleicher Weise gelingt, eine entsprechend schlanke Nahtgeometrie auch bei den hier werkstoffbedingt erforderlichen sehr niedrigen Schweißgeschwindigkeiten beizubehalten. Im Rahmen eines Sonderforschungsbereichs wurde die Beeinflussung von Nahtgeometrie, Einschweißtiefe, Eigenspannungsausbildung und Verzug beim Schweißen von Einsatzstählen für typische Powertrain-Anwendungen intensiv untersucht und dabei auch der Einfluss der Strahlqualität im direkten Vergleich mit anderen Festkörperlasern beleuchtet und Kompensationsstrategien zur Verzugsvermeidung erarbeitet. Dabei erwies sich die Kombination aus hoher Strahlqualität und hoher Laserleistung, welche der beschaffte Hochleistungs-Scheibenlaser ebenso wie vergleichbare Hochleistungs-Faserlaser bieten, als besonders vorteilhaft.
Publications
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