Remote-Laserstrahlschweißen

Ein Schwerpunkt des Forschungsfelds „Laserfertigungstechnologien“ am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universität München ist die Laserstrahlmaterialbearbeitung mit Hochleistungslaserstrahlquellen. Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes RoFaLas „Scannerloses Remote-Laserstrahlschweißen mit dem Faserlaser“ wird am iwb das prozesssichere Fügen von Leichtbauwerkstoffen mit einem 8 kW Faserlaser untersucht. Der verwendete Faserlaser hat neben seiner hohen Strahlleistung einen hohen Wirkungsgrad von über 30 % und eine hervorragende Strahlqualität mit einem Strahlparameterprodukt (BPP) von kleiner 4 mm*mrad. Auf der Lasermesse 2007 wird das iwb den Besuchern live die Vorteile des Remote-Laserstrahlschweißens anhand von Referenzschweißungen an verschiedenen Stahlwerkstoffen vorführen. Neben den Anforderungen für das Remote-Laserstrahlschweißen erlangen hier die Besucher einen Eindruck über die erweiterte Sicherheitstechnik beim Umgang mit Hochleistungslasern.

Abbildung: Remote-Laserstrahlschweißen an einer Automobiltür

Pfadplanung für das Remote-Laserstrahlschweißen
 
Zur Reduktion von unproduktiven Nebenzeiten beim Fügen von Bauteilen hat sich in letzter Zeit das Remote-Laserstrahlschweißen als Technologie mit hohem Potential etabliert. Während heute üblicherweise Scanner zur Strahlablenkung eingesetzt werden, verfolgt das iwb die Idee des scannerlosen Remote-Schweißens. Dabei erfolgt die Positionierung des Fokuspunktes nur durch die robotergestützte Bewegung einer einfachen und kostengünstigen Standardoptik. Um diese Technologie wettbewerbsfähig gegenüber den schnellen Scannersystemen zu machen, ist die Pfadplanung des Roboters von entscheidender Bedeutung. Das iwb präsentiert die zur Lösung dieses Problems entwickelten Pfadplanungsalgorithmen, die die speziellen Anforderungen des Remote-Prozesses sowie der verwendeten Anlagen berücksichtigen. Auf dem Messestand können die entwickelten Werkzeuge sowie eine Live - Demonstration der optimierten Roboterbewegungen in Augenschein genommen werden.

Die gezeigten Ergebnisse wurden in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt RoFaLas erarbeitet.

      
Abbildung: Konfiguration und Pfadplanung für das scannerlose Remote-Laserstrahlschweißen

Modellstabilität in der Schweißverzugssimulation 

Die rechnerische Untersuchung des Verzugsverhaltens beim Laserstrahlschweißen stützt sich auf die Verwendung unterschiedlicher mathematisch-physikalischer Ersatzmodelle. Die komplexen Zusammenhänge der den Schweißprozess beschreibenden physikalischen Phä-nomene erfordern in der Regel den Einsatz stark abstrahierter Modelle. Im Rahmen des FOSTA-Projekts „Schweißverzugssimulation bei Stahlwerkstoffen – Untersuchung der struk-turellen Modellstabilität“ werden die Gültigkeitsbereiche der eingesetzten Modellreduktionen bestimmt und charakterisiert. Durch die methodische Analyse der Einflussgrößen soll die Modellierung von Schweißprozessen erleichtert und die Aussagekraft der Simulationsergebnisse erhöht werden.

Abbildung: Simulation einer Schweißnaht