Projektkurzbeschreibung

Konzeption und Erprobung eines mobilen Vakuumsystems zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit des Laserstrahl- und des Elektronenstrahlschweißens (MoVak)

Steckbrief

Eckdaten

Förderinstitution:
Aif/DVS
Laufzeit:
01.12.2013 bis 31.12.2016
Projektnummer:
17.968 N

Ansprechpartner am ISF

Foto des ISFInstitut für Schweißtechnik und Fügetechnik

Die Industrie ist gezwungen, die Energieeffizienz bestehender Produktionsprozesse stetig zu steigern. In der metallverarbeitenden Industrie gibt es viele Bereiche, bei denen Schweißungen von 10-100 mm Tiefe eingesetzt werden. Große Blechdicken werden i.d.R. mit dem Unterpulver-Schweißverfahren (UP) verschweißt. Die verfahrenstypischen Nachteile liegen hier in der aufwendigen Nahtvorbereitung, Bedarf an Zusatzwerkstoff, der großen Schweißzeit sowie der hohen nötigen Energiemenge. Als Alternative bieten sich das Laserstrahl- (LBW) und das Elektronenstrahlschweißverfahren (EBW) an.
Beiden Verfahren gemein ist der geringe Energieeintrag, die einfache Fugenvorbereitung, der Verzicht auf Zusatzwerkstoff und die hohe Schweißgeschwindigkeit. Der hohe Wirkungsgrad des EBW Prozesses macht dieses Verfahren häufig zur effizientesten Prozessalternative.
Einer der gravierendsten Nachteile des EBW-Verfahrens ist jedoch der Umstand, dass sich das Bauteil während des Fügeprozesses i.d.R. in einer Vakuumkammer befinden muss. Hieraus resultieren Einschränkungen im Bezug auf die Bauteilgröße. Ferner entstehen Verweilzeiten durch das Evakuieren. Die Grenzen des konventionellen LBW liegen hingegen bei der durch die Laserleistung begrenzte Einschweißtiefe. Dabei ist zusätzlich die Nahtqualität gegenüber dem EBW i.d.R. geringer.
Die Einschweißtiefe beim Laserstrahlschweißen kann durch eine Vakuumumgebung deutlich gesteigert werden, was jedoch den gleichen Nachteil (durch die Kammer begrenzte Bauteilgröße) wie beim Elektronenstrahlschweißen mit sich bringt. Daher bedarf es einer Schweißtechnik für Strahlschweißverfahren, die mit mobilen Vakua arbeitet.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, mit dem Laserstrahlschweißen sowie dem Elektronenstrahlschweißen unter mobilem Vakuum der klein- und mittelständischen Industrie eine ressourcenschonende und wirtschaftliche Alternative zum Schweißen von Konstruktionen aus Dick-blech (z.B. S355 und Al-5083 im Blechdickenbereich 10-50 mm) zur Verfügung zu stellen.
Mit dem Projekt soll die Optimierung der Wirtschaftlichkeit von Strahlschweißprozessen auf Grundlage von kmU relevanten Schweißaufgaben nachgewiesen werden, indem das mobile Vakuum mit neuartigem Dichtungskonzept (Venturidüse als letzte Druckstufe) für diese Verfahren ertüchtigt wird. Dazu werden auch die für das Verfahren notwendigen Gegebenheiten wie Nahtvorbereitung, Spaltüberbrückbarkeit, Schweißgeschwindigkeit, Strahlleistung... ermittelt und die dabei entstehenden Kosten denen der konventionellen (Lichtbogen)-Technologie gegenüber-gestellt.