Ein genauerer Blick auf die Dampfkapillare
Laserschweißen ist ein erfolgreiches Fügeverfahren, das zum Herstellen guter Schweißnähte bei Stahl weit verbreitet ist. Die Anwendung bei Nichteisenmetallen wie Aluminium und Titan, die für Beförderungskonzepte von besonderer Bedeutung sind, die auf einem geringen Fahrzeuggewicht basieren, ist mit Schwierigkeiten in Bezug auf die Porosität der Schweißnähte konfrontiert. Starke Porosität bei tiefer Durchdringung beeinträchtigt Festigkeit und Integrität einer Schweißnaht. Der Einsatz hochmoderner High-Brightness-Laser mit besserer Strahlqualität, Flexibilität und Kosteneffizienz stellt eine vielversprechende Lösung dar, doch nur wenige Daten stehen zu diesem Thema zur Verfügung. Im Rahmen der Projekts "Prediction and control of porosity in laser welding of non-ferrous metals" (PCPLAS) charakterisieren EU-finanzierte Wissenschaftler derzeit die Wechselwirkungen zwischen dem Strahl und den Werkstoffen, um eine solide Grundlage für die Entwicklung des Verfahrens zu schaffen. Das Team kombiniert Modellierung mit Experimenten, letztere liefern grundlegende Einsichten in das tatsächliche Verhalten und Eingabedaten für die Modelle. Zusätzlich kommen sie auch den Versuchsalgorithmen zugute. Die Wissenschaftler sind zu einem komplexen Modell der Bildung der Dampfkapillare, die für die Porosität entscheidend ist, vorangeschritten. Die Dampfkapillare muss groß genug sein, um eine Durchdringung der Schweißmaterialien zu ermöglichen, jedoch nicht so groß, dass die Schmelze aus der Schweißstelle läuft. Hochgeschwindigkeits-Videobildgebung wurde eingesetzt, um die tatsächlichen Eigenschaften und Strömungsmuster zu überwachen, die mit der Bildung der Dampfkapillare und dem Schmelzbad zusammenhängen. Experimentelle Schweißversuche zeigten, dass die Porosität der ausgewählten Aluminium- und Titanlegierungen mit steigender Laserleistung oder sinkender Schweißgeschwindigkeit abnahm. Die Forscher legen nahe, dass bei geringer Leistung Maßnahmen zum Reduzieren des Durchmessers der Dampfkapillare, z. B. die Verwendung eines stärker fokussierten Laserstrahls, beim Senken der Porosität helfen könnten. Diese leichten Legierungen könnten Kraftstoffverbrauch und Emissionen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Kfz-Bereich senken, doch Schwierigkeiten mit der Porosität von Schweißnähten hatten bislang einige Anwendungen behindert. Dank der Erkenntnisse aus den neuen Experimenten und Modellen könnten den Endnutzern bald Richtlinien bereitgestellt werden, die wesentliche Vorteile für den Beförderungssektor und die Umwelt bedeuten.
