Werden Bauteile per Laser verschweißt, entstehen giftiger Schweißrauch und Schweißspritzer. Letztere können sowohl zur Verschmutzung der Bauteiloberfläche führen, als auch die Lebensdauer des Schutzglases der Laserschweißoptik reduzieren. Außerdem wird Strahlung emittiert, die für Haut und Augen gefährlich ist.
Abhilfe schafft man in der Industrie bislang, indem die Laserschweißanlagen in Laserschweißzellen, also hermetisch geschlossenen Räumen, untergebracht werden. Um die Lebensdauer des Schutzglases zu erhöhen, werden Spritzer und Rauch bei herkömmlichen Systemen mit einem Luftstrahl, dem Crossjet, unter hohem Druck von der Schweißoptik weggeblasen und so im Raum verteilt. Der Rauch wird in der Regel durch großvolumige Raumluftabsaugungen entfernt. Nachteile dieses Vorgehens sind unter anderem ein enormer Energieaufwand für die Pneumatik des Crossjets, ein schlechter Flächenausnutzungsgrad in der Fabrik und Verschmutzungen von Optik und Bauteilen trotz der Blasluftreinigung.
Saubere Werkzeuge und Bauteile
Wie es wesentlich effizienter und flexibler geht, zeigen das Fraunhofer IWU und die Thyssenkrupp System Engineering GmbH. Gemeinsam haben die Forschungspartner eine Laserschweißzange für den Karosseriebau entwickelt, die ohne Crossjet auskommt und außerhalb von Laserschweißzellen einsetzbar ist.
Das im Oktober dieses Jahres erstmals präsentierte System ist so konzipiert, dass Schweißrauch und Schweißspritzer dort abgesaugt werden, wo sie entstehen: direkt im Schmelzbad. Die Besonderheit besteht darin, dass nur ein Teil der Luft zur Absaugung von Schweißspritzern und Rauch genutzt wird. Der andere Teil strömt unterhalb des Schutzglases der Optik in Richtung Fügestelle, was den Verzicht auf den pneumatisch betriebenen Crossjet ermöglicht und die Verschmutzung des Systems sowie der Werkstückoberfläche reduziert.
Zudem verhindert die geschlossene Bauweise des Laserschweißwerkzeuges im Zusammenspiel mit den Spannkufen, dass Laserstrahlung austritt. Es wird lediglich diffuse Strahlung emittiert, die bei Einhalten der üblichen Sicherheitsabstände keine Gefahr für Augen oder Haut darstellt.
Einsatzmöglichkeiten im automobilen Leichtbau
Darüber hinaus besitzt das neuartige Laserschweißwerkzeug Potenzial für den automobilen Leichtbau, bei dem das Multimaterialdesign immer mehr an Bedeutung gewinnt: Hybride Komponenten aus verschiedenen Werkstoffen werden häufig mit Klebeverbindungen gefügt. Da die meisten im Karosseriebau eingesetzten Klebstoffe unter Wärmeeinwirkung aushärten, bietet sich zum Fixieren der geklebten Bauteile das Laserschweißen an.
Mit dem von Thyssenkrupp System Engineering und Fraunhofer IWU entwickelten Werkzeug lässt sich durch seinen Spannmechanismus im Vergleich zum konventionellen Laserschweißen eine einheitliche Klebstoffdicke sicherstellen. Zusätzlich entwickelten die Wissenschaftler eine Technologie zum Fügen von Mischverbindungen, bei der mit Hilfe des Laserstrahls eine pinartige Struktur aus Stahl im Aluminiumwerkstoff erzeugt wird, die sich dort mechanisch verankert. Eine übermäßige Durchmischung der beiden Materialien wird dabei vermieden.
