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Laserschweissen Laserschweissen grosser Metallschaum-Sandwiches

| Redakteur: Hermann Jörg

>> Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat mit Projektpartnern einenDemonstrator für Schiffsgetriebefundamente aus Stahl-Aluminiumschaum-Sandwiches mittels Laserstrahlschweissen gefügt. Die mit einem Diodenlaser von 5 kW erzielten Ergebnisse präsentierte das LZH auf der HannoverMesse 2012.

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Erfolgreich geschweisste Knieblech-Kehlnaht.
Erfolgreich geschweisste Knieblech-Kehlnaht.
(Bild: LZH e.V.)

joe. Metallschäume sind hochporöse, leichte Materialien, die aufgrund ihrer zellularen Struktur hervorragend Energie in Form von Schwingungen, Stössen oder Schall dämpfen, temperaturbeständig sind und gleichzeitig elektromagnetische Wellen abschirmen. In Sandwichkonstruktionen, also im Verbund mit Al- oder Stahlblechen, zeigen Metallschäume eine vielfach höhere Biegesteifigkeit als massive Bleche, sie eignen sich aufgrund ihres geringen Gewichts besonders für Leichtbaukonstruktionen sowie dynamisch stark beanspruchte Teile.

Diese grossformatigen Metallschaum-Sandwiches sind selbst für hochbelastete Schiffsstrukturbauteile wie etwa Maschinenfundamente oder Ruderstrukturen von grossem Interesse, da sie Gewichtseinsparungen bis zu 20 % ermöglichen.

Besondere Anforderungen
an den Schweissprozess

Die Stahl-Al-Leichtbaustrukturen stellen jedoch aufgrund der Inhomogenität des Schaumkerns, der hohen Steifigkeit und der besonderen Materialstärken ungewöhnliche Anforderungen an das Fügen. So besteht beispielsweise die Gefahr, dass der Wärmeeintrag beim Aufschäumen des Aluminiums in Mischsandwiches einen Materialverzug und Welligkeiten erzeugt. Durch den Schweissprozess kann es ferner zu intermetallischen Phasen mit der Gefahr einer späteren Rissbildung in der Schweissnaht kommen.

Forscher der Gruppe «Fügen und Trennen von Metallen» am LZH haben im Rahmen eines Verbundprojekts ein Verfahren zum Laserschweissen grossformatiger Metallschaum-Sandwiches entwickelt, bei dem sich keine intermetallischen Phasen bilden. Mit Hilfe transportabler Achssysteme sowie eines mobilen Diodenlasers wurde dieses Verfahren kürzlich bei Blohm + Voss Naval GmbH in Emden im Rahmen der Fertigung eines Getriebefundament-Demonstrators erfolgreich getestet.

Laserschweissen mit 5-kW-Diodenlaser

Als erster Schritt ist eine mechanische Bearbeitung der Paneel-Kanten notwendig, um den im Fügebereich anhaftenden Aluminiumschaum von den Stahldeckblechen zu entfernen und somit intermetallische Phasen zu vermeiden. Dann müssen die Bauteile unter Einhaltung eines technischen Nullspaltes exakt positioniert werden – aufgrund der besonderen Ausmasse der Teile eine grosse Herausforderung. Anschliessend werden die Sandwichpaneele durch Schweisspunkte mittels konventionellem Schweissen endgültig fixiert.

Zum Laserschweissen der Stumpfstösse und Kehlnähte wird ein Diodenlaser im Wellenlängenbereich von 900 bis 1030 nm sowie mit einer Ausgangsleistung von 5 kW eingesetzt. Im Praxistest konnten Spalten von bis zu 0,6 mm überbrückt und durchgehende Schweissnähte hergestellt werden. Je nach Blechstärke (bis zu 5 mm) variierte die Vorschubgeschwindigkeit zwischen 0,2 und 1,5 m/min. <<

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