Kurzfassung der Arbeit

Mit der stetig steigenden Anzahl von Anwendungen wächst auch der Wunsch nach Laserschweißverbindungen an schlecht oder nur mit geeigneten Zusatzwerkstoffen schweißbaren Materialien. Besonders im Automotive-Bereich spielen in Bezug auf Leichtbau und Emissionsreduktion neben Tailored Blanks aus hochfesten Stählen auch Aluminiumwerkstoffe eine entscheidende Rolle. Die homogene Einmischung des häufig erforderlichen Zusatzwerkstoffes wird insbesondere im Hinblick auf die mit Strahlquellen neuester Generation wie Scheiben- oder Faserlaser erzielbaren Aspektverhältnisse immer problematischer. Die vorliegende Arbeit untersucht daher drei unterschiedliche Methoden, mit denen eine homogenere Verteilung des eingebrachten Zusatzwerkstoffes im Schmelzbad ermöglicht werden soll.

Eine davon stellt die Nutzung geeigneter Prozessgase, mit denen die Marangoni- Strömung im Schmelzbad beeinflusst werden kann, dar. CO2 hat sich hier bei Vorschubgeschwindigkeiten bis ca. 2 – 3 m/min und hinreichend großem Schmelzbadvolumen als geeignet erwiesen. Ursache für die Steigerung der Durchmischung ist jedoch nicht eine Umkehrung der Marangoniströmung, sondern vielmehr deren Wegfall aufgrund einer vollständig oxidierten Schmelzbadoberfläche.

Eine weitere Möglichkeit ist die Zuführung eines extern angelegten Stromes über den Zusatzdraht. Durch das um den Auftreffpunkt des Drahtes entstehende selbstinduzierte Magnetfeld wird eine in das Werkstück gerichtete, integrale Volumenkraft im Bereich vor und neben der Dampfkapillare generiert. Über die daraus entstehende Strömungskomponente ist eine Steigerung der Schmelzbaddurchmischung bis zu einer Vorschubgeschwindigkeit von ca. 5 m/min möglich.

Die dritte Möglichkeit stellt die Verwendung mehrerer Fokuspunkte innerhalb eines gemeinsamen Schmelzbades dar. Hierbei kann neben einer weitreichenden Beeinflussung der Nahtgeometrie bei einigen Anordnungen auch eine deutliche Steigerung der Schmelzbaddurchmischung erzielt werden. Das Potenzial zur Homogenisierung der Schmelzbaddurchmischung mit Zusatzwerkstoff ist stark von der Fokusanordnung abhängig und bleibt etwas hinter den Möglichkeiten zur Nahtformung zurück. Mit Strahlquellen neuester Generation wie Scheiben- oder Faserlaser bieten sich hier jedoch noch höchst interessante Perspektiven.