Überführung des formschlüssigen Laserstrahlschweißens auf hochskalierten Halbzeugen aus Stahl und Aluminium in werftnaher Umgebung; Verbundvorhaben: Formschlüssiges Laserstrahlschweißen der Mischverbindung aus Stahl und Aluminium für betriebsfeste Halbzeuge im Schiffbau (FOLAMI)

Abstract

Im Rahmen des gesamten Forschungsvorhabens erfolgte die Weiterentwicklung des lasergestützten Schweißverfahrens zum Fügen von dickwandigen Mischverbindungen aus Stahl und Aluminium durch Umsetzung eines neuartigen Ansatzes zur Erzeugung von Hinterschneidungsgeometrien im Fügequerschnitt mittels zweier schräg verlaufenden Laserstrahlen. Dieser Effekt ist mit der Wirkung eines Stanzniets vergleichbar, welcher ein bewährtes mechanisches Fügeverfahren darstellt. Der Vorteil des Laserschweißkonzepts ist jedoch die linien- statt punktförmige Fügeverbindung mit deutlich erhöhten Traglasten. Das Kernziel des vorliegenden Teilprojekts von LOD lag in der Übertragung der neuen Schweißmethode auf praxisrelevante Einsatzfälle in Form von langen Halbzeugen aus Stahl und Aluminium mit anforderungsgerechten Eigenschaften. Basierend auf den Erfahrungen von LOD bei der Laserbearbeitung von Großbauteilen wurde schon während der Entwicklungsphase der Fokus auf das Erreichen eines robusten Prozesses mit reproduzierbar hoher Qualität gelegt. Parallel zur Prozessentwicklung unter Labor- bedingungen am LZH erfolgte diese in den Fertigungshallen von LOD unter werftnaher Umgebung. Zuvor wurde der auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse aus den grundlegenden Untersuchungen von LOD und LZH ein regelungsfähiger Schweißkopf entwickelt. Die Schweißversuche erfolgten nach der Integration des Schweißkopfes mittels umfangreicher Untersuchungen zur Herstellung von langen, anforderungsgerechten Halbzeugen. Ziel war es, der maritimen Industrie ein praxistaugliches Verfah- ren bereit zu stellen, mit dem derartige Halbzeuge effizient, prozesssicher und kostengünstig gefertigt können.

As part of the overall research project, the laser-assisted welding process for joining thick-walled mixed steel and aluminum joints was further developed by implementing a novel approach for creating undercut geometries in the joining cross-section using two obliquely directed laser beams. This effect is comparable to that of a self-piercing rivet, which is a proven mechanical joining process. The advantage of the planned laser welding concept, however, is the linear rather than point-like joining connection with significantly increased load-bearing capacities. The core objective of this LOD subproject was to transfer the new welding method to practical applications in the form of long semi-finished products made of steel and aluminum with properties that meet the requirements. Based on LOD's experience in laser processing large components, the focus during the development phase was already on achieving a robust process with reproducibly high quality. Parallel to the process development under laboratory conditions at the LZH, this took place in LOD's production halls in a shipyard-like environment. Previously, a controllable welding head was developed based on the findings from the basic investigations of LOD and LZH. After the integration of the welding head, the welding tests were conducted using extensive studies on the production of long, requirement-compliant semi-finished products. The goal was to provide the maritime industry with a practical process with which such semi-finished products could be manufactured efficiently, reliably, and cost-effectively.