SCHWEISSEN & SCHNEIDEN 2017

•••3••• Interview Eine homogene Schweißnaht als Ergebnis DIEMESSE im Gespräch mit Dr.-Ing. Dirk Dittrich, Fraunhofer IWS Dresden Herr Dr. Dittrich, heute entstehen immer anspruchsvollere Schweiß- verbindungen aus verschiedenen Werkstoffen. Welche Gründe gibt es dafür? Aktuell erreichen uns beim Fraun- hofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) Fragestellun- gen, die speziell die Forderung nach Leichtbau enthalten. Im Mittelpunkt des Interesses steht nicht nur die Sicherstellung höchster Belastbarkeit, etwa im Karosseriebau, bei Motoren und Aggregaten, sondern auch die Steigerung ihrer Effizienz. Außer- dem werden verstärkt Anwen- dungen auf dem Gebiet der Elek- tromobilität gefordert. Verfolgt werden diese Themenstellungen branchenübergreifend, dabei steht unter anderem die Erfüllung immer strengerer Umweltvor- schriften im Fokus der Entwick- lungen. Darüber hinaus steigen die Kun- denansprüche bezüglich schnell ansprechender Komfortsysteme wie Klima- und Heizanlagen. Da- durch wirken höhere Belastun- gen auf die Bauteile, die wir durch gezielt ausgewählte Werkstoff- kombinationen erreichen. Um ein Beispiel zu nennen: Komplexe, filigran herstellbare Aluminium- Druckgusskomponenten erlauben eine immer höhere Funktionsin- tegration und Belastbarkeit. Wir müssen jedoch in der Lage sein, zwischen Guss und den umgeben- den Bauteilen mit den heutigen effizienten Fertigungsverfahren – zu denen zweifellos das Laser- strahlschweißen gehört – feste und dichte Verbindungen herzustellen. Filigrane Aluminium-Druck- gusskomponenten etwa sind mit herkömmlichen La- serstrahlschweißprozessen nicht prozesssicher herstell- bar. Laserstrahlschweißen mit hochfrequenter Strahlos- zillation dagegen macht dies möglich. Was zeichnet das Verfahren aus? Dieses Verfahren verfolgt einen neuen Ansatz. Die hochfrequente Strahloszilla- tion beeinflusst die Schmelz- badfluktuation insofern, als dass die im Guss durch den Druckgussprozess einge- schlossenen Gasvolumina nicht mehr zum anteiligen oder vollständigen Auswurf der Schmelze führen. Die dann in der Schmelze befindlichen Gas- volumina werden quasi an die Oberfläche „gerührt“. Dadurch reduziert sich die Porenanzahl im Schweißgut deutlich und die ver- bleibenden Poren verteilen sich kleiner sowie feiner, als die stati- sche Strahlanordnung es ermög- lichen würde. Im Ergebnis ste- hen eine homogene, druckdichte Schweißnaht und eine drastisch reduzierte Ausfallquote in der Fer- tigung. Weiterhin erlaubt das Ver- fahren die Reduzierung der einge- brachten Energie und vermindert dadurch den Bauteilverzug. Die genannten Bauteile können al- so auch in geometrisch stark be- grenzten Bauräumen eingesetzt werden. Das Fraunhofer IWS hat für dieses Verfahren ein modulares Schweiß- kopfkonzept entwickelt. Was um- fasst das Konzept? Der Ansatz des modularen Schweißkopfkonzeptes bie- tet unseren Anwendern das Potenzial einer hohen Indi- vidualisierung ihrer künf- tigen Systemtechnik. Das zentrale Herzstück ist das Scanner-Modul, das sich um Sensor- und Kamera-Modul ergänzen lässt. Hintergrund ist, dass sich heutige Prozes- se oft nicht mehr nur mit einem starren Systemtech- nikansatz beantworten las- sen. Während das Scanner- Modul die Anforderungen des einen Kunden sehr gut erfüllt, könnte für einen anderen eine (überwachte) Nahtsuche am Bauteil er- forderlich sein, die einen in- dividuell ausgewählten und integrierten Sensor bezie- hungsweise eine Prozessbewer- tung durch das Kamera-Modul – im Sinne des aktuell viel disku- tierten Industrie-4.0-Ansatzes – ermöglicht. Deshalb besteht bei dem gemeinsam mit unserem Partner Arnold Maschinenbau entwickelten Schweißkopfproto- typen die Möglichkeit, vom Fraun- hofer IWS entwickelte Prozesse und Technologien mit entspre- chender Hardware perspektivisch zu einem industrietauglichen Produkt zu verknüpfen. Der An- wender hat somit jederzeit die Möglichkeit, sein Scanner-Modul um die genannten Komponenten aufzurüsten beziehungsweise an neue Anforderungen anzupassen. Der Schweißkopf eignet sich zum Schweißen schwierig schweißbarer Werkstoffe. Welche Anwendungs- szenarien sind hierbei denkbar? Die Anwendungen liegen nicht nur beimDruckguss, auch Schweißauf- gaben zur Elektromobilität sind vorstellbar. Gemeint sind Fügeauf- gaben zur Verbindung von Kupfer und Aluminium oder arteigene Kombinationen. Spinnt man den Faden weiter, lassen sich dualbe- schichtete Spiegel in den Scanner einbauen und damit potenziell neu auf den Markt strebende Farblaser mit Wellenlängen im grünen oder blauen Spektrum betreiben. Damit ist das Schweißkopfkonzept auch für zukünftige Aufgaben gerüstet. Herr Dr. Dittrich, vielen Dank für das Gespräch. Für das Schweißen schwierig schweißbarer Werkstoffe hat das Fraunhofer IWS einen neu- artigen Schweißkopf entwi- ckelt, der mit hochfrequenter Strahloszillation und integrier- ter Prozessüberwachung arbei- tet. DIEMESSE sprach mit Dr. Dirk Dittrich, Experte für Laser- strahlschweißen am Dresdner IWS, über die Details. Dr.-Ing. Dirk Dittrich, Gruppenleiter Laserstrahl- schweißen, Geschäftsfeld Fügen, Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) Foto: Fraunhofer IWS Steigende Kundenansprüche Für zukünftige Aufgaben gerüstet Neuer Schweißkopf – remoweldFLEX – mit hochfrequenter Strahloszillation und integrierter Prozessüberwachung Foto: Fraunhofer IWS Dresden