Laser schweißt großformatige Metallschaum-Sandwiches

Forscher der Gruppe ‚Fügen und Trennen von Metallen‘ am Laser Zentrum Hannover (LZH e.V.) haben im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Verbundprojekts MESCHLAS ein Verfahren zum Laserschweißen großformatiger Metallschaumsandwiches 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.


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 so genannten Sandwichkonstruktionen, also im Verbund mit Aluminium- oder Stahlblechen, zeigen Metallschäume eine vielfach höhere Biegesteifigkeit als massive Bleche und eignen sich aufgrund ihres geringen Gewichts besonders für Leichtbaukonstruktionen sowie dynamisch stark beanspruchte Teile.
Diese großformatigen Metallschaumsandwiches sind auch für hoch belastete Schiffsstrukturbauteile wie Maschinenfundamente oder Ruderstrukturen von großem Interesse, da sie Gewichtseinsparungen bis zu 20 Prozent ermöglichen. Die Stahl-Al-Leichtbaustrukturen stellen jedoch außergewöhnliche 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.
 
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 Spalte von bis zu 0,6 mm überbrückt und durchgehende Schweißnähte hergestellt werden. Je nach Blechstärke (bis zu 5mm) variierte die Vorschubgeschwindigkeit zwischen 0,2 und 1,5 m/min.
 

• Laser Zentrum Hannover e.V.  
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