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27.05.2019 - 12:50

Schwergewicht im Leichtbau: Stahl-Aluminium Laserschweißen für den Schiffbau

Leichtbau mit Stahl-Aluminium-Mischverbindungen ist im Automobilbau bereits ein großes Thema. Um in der Schifffahrt den Kraftstoffverbrauch und den Kohlenstoffdioxid-Ausstoß zu reduzieren, finden auch im Schiffbau solche Mischverbindungen vermehrt Anwendungen.

Bei diesen kommen jedoch gänzlich andere Materialstärken zum Tragen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat im Verbundprojekt LaSAAS zusammen mit seinen Partnern einen laserbasierten Fügeprozess für dicke Mischverbindungen entwickelt.

Schiffsrümpfe aus Stahl und Aufbauten aus Aluminiumlegierungen werden vor allem im Yachtbau eingesetzt. Solche Werkstoffkombinationen senken das Gesamtgewicht und zudem den Schwerpunkt des Schiffs und stabilisieren es damit. Die beiden unterschiedlichen Metalle werden über einen Adapter sicher und belastbar miteinander verbunden. Dieser Adapter wird konventionell durch Sprengplattieren, ein aufwendiges und kostenintensives Fügeverfahren, hergestellt. In dem Verbundprojekt LaSAAS hat das LZH zusammen mit neun Partnern einen Laserschweißprozess mit Einschweißtiefenregelung entwickelt, um derartige Adapter schnell und flexibel herzustellen. Somit sind neue Designmöglichkeiten für diese Verbindungselemente realisierbar. Die so gefertigten Adapterstücke erreichen im Scherzugversuch unter statischer Belastung ähnliche Festigkeitswerte, wie die sprenggeschweißten Adapter. Beispielsweise wird die Dehngrenze der angeschweißten Aluminiumlegierung um 52 Prozent übertroffen. Nun gilt es in zukünftigen Forschungsaktivitäten, nicht nur eine hohe Belastbarkeit, sondern auch eine hohe Verformungsfähigkeit der Adapterstücke zu erreichen.

Konstante Nahtqualität durch Einschweißtiefenregelung

Die Einschweißtiefenregelung soll die gleichbleibende Qualität der Schweißnaht auch bei Blechdickensprüngen gewährleisten. Im Vorhaben wurden zwei Ansätze untersucht: Sowohl die Analyse der spektralen Prozessemission als auch die Kurzkohärenz-Interferometrie können beide verlässlich zur Prozessregelung eingesetzt werden. Dabei wird im Prozess die Einschweißtiefe über die Laserstrahlleistung aktiv geregelt.

Ein geregelter Prozess beim Laserstrahlschweißen dieser Mischverbindung ist wichtig, um den Anteil an intermetallischen Phasen zwischen Stahl und Aluminiumlegierung möglichst gering zu halten. Ein zu hoher Phasenanteil führt zur Versprödung und Erhöhung der Rissneigung. Unter Belastung kann es dann zu einem frühzeitigen Versagen der Verbindungen kommen. Erst mit Hilfe der Einschweißtiefenregelung werden Mischverbindungen mit relativ hoher Nahtqualität geschweißt - insbesondere bei variierenden Blechdicken.

https://www.lzh.de

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27.05.2019 - 12:50

Schwergewicht im Leichtbau: Stahl-Aluminium Laserschweißen für den Schiffbau

Leichtbau mit Stahl-Aluminium-Mischverbindungen ist im Automobilbau bereits ein großes Thema. Um in der Schifffahrt den Kraftstoffverbrauch und den Kohlenstoffdioxid-Ausstoß zu reduzieren, finden auch im Schiffbau solche Mischverbindungen vermehrt Anwendungen.

Bei diesen kommen jedoch gänzlich andere Materialstärken zum Tragen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat im Verbundprojekt LaSAAS zusammen mit seinen Partnern einen laserbasierten Fügeprozess für dicke Mischverbindungen entwickelt.

Schiffsrümpfe aus Stahl und Aufbauten aus Aluminiumlegierungen werden vor allem im Yachtbau eingesetzt. Solche Werkstoffkombinationen senken das Gesamtgewicht und zudem den Schwerpunkt des Schiffs und stabilisieren es damit. Die beiden unterschiedlichen Metalle werden über einen Adapter sicher und belastbar miteinander verbunden. Dieser Adapter wird konventionell durch Sprengplattieren, ein aufwendiges und kostenintensives Fügeverfahren, hergestellt. In dem Verbundprojekt LaSAAS hat das LZH zusammen mit neun Partnern einen Laserschweißprozess mit Einschweißtiefenregelung entwickelt, um derartige Adapter schnell und flexibel herzustellen. Somit sind neue Designmöglichkeiten für diese Verbindungselemente realisierbar. Die so gefertigten Adapterstücke erreichen im Scherzugversuch unter statischer Belastung ähnliche Festigkeitswerte, wie die sprenggeschweißten Adapter. Beispielsweise wird die Dehngrenze der angeschweißten Aluminiumlegierung um 52 Prozent übertroffen. Nun gilt es in zukünftigen Forschungsaktivitäten, nicht nur eine hohe Belastbarkeit, sondern auch eine hohe Verformungsfähigkeit der Adapterstücke zu erreichen.

Konstante Nahtqualität durch Einschweißtiefenregelung

Die Einschweißtiefenregelung soll die gleichbleibende Qualität der Schweißnaht auch bei Blechdickensprüngen gewährleisten. Im Vorhaben wurden zwei Ansätze untersucht: Sowohl die Analyse der spektralen Prozessemission als auch die Kurzkohärenz-Interferometrie können beide verlässlich zur Prozessregelung eingesetzt werden. Dabei wird im Prozess die Einschweißtiefe über die Laserstrahlleistung aktiv geregelt.

Ein geregelter Prozess beim Laserstrahlschweißen dieser Mischverbindung ist wichtig, um den Anteil an intermetallischen Phasen zwischen Stahl und Aluminiumlegierung möglichst gering zu halten. Ein zu hoher Phasenanteil führt zur Versprödung und Erhöhung der Rissneigung. Unter Belastung kann es dann zu einem frühzeitigen Versagen der Verbindungen kommen. Erst mit Hilfe der Einschweißtiefenregelung werden Mischverbindungen mit relativ hoher Nahtqualität geschweißt - insbesondere bei variierenden Blechdicken.

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Photos of LASYS

  • LASYS 2020: PM Nr. 3

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    LASYS und BMWi bieten 2020 erneut eine Plattform für Start-ups.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • LASYS 2020: PM Nr. 3

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    Junge Unternehmen aus Deutschland profitieren vom geförderten Gemeinschaftsstand des BMWi zur LASYS 2020.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • LASYS 2020: PM Nr. 3

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    Vom 16. bis 18. Juni 2020 können sich Start-ups zu besonders attraktiven Konditionen vorzustellen einem internationalen Fachpublikum präsentieren.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • Lasys 2020: PM Nr. 1

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    Prof. Dr. Thomas Graf, Direktor des Instituts für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart und Veranstalter der Stuttgart Lasertage.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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    Vom 16. bis 18. Juni 2020 öffnet die LASYS – Internationale Fachmesse für Laser-Materialbearbeitung – in Stuttgart bereits zum siebten Mal ihre Tore. (Hauptbild)BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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    An drei Messetagen stehen dann Lasersysteme, laserspezifische Maschinensubsysteme und Strahlquellen im Fokus von Ausstellern und Fachbesuchern.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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    Die LASYS 2020 in Stuttgart ist der „Place to be(am).BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • Lasys 2020: PM Nr. 1

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    Führende nationale und internationale Hersteller treffen hier auf Geschäftspartner mit konkreten Aufgabenstellungen und individuellen Anforderungen für Laser-Systemlösungen und -Applikationen.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • Lasys 2020: PM Nr. 1

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    Fachbesucher können auf der LASYS die Vielfalt des Lasers live erleben – 2018 waren 116 Maschinen vor Ort – und erhalten einen Eindruck wie leicht sich Komponenten integrieren lassen.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • Lasys 2020 PM Nr: 1

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    Die LASYS zeigt branchen- und materialübergreifend die Lasertechnologie in der industriellen Fertigung von morgen.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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    Der Mix aus Fachmesse und hochkarätigem Rahmenprogramm versammelt alle zwei Jahre die Experten aus Industrie und Wissenschaft in Stuttgart. Fester Bestandteil sind die Stuttgarter LasertageBILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • Lasys 2020: PM Nr. 1

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    Die LASYS als internationale Fachmesse für die Laser-Materialbearbeitung richtet sich an industrielle Anwender und hat sich seit 2008 zu einem Top-Termin für die Branche entwickelt.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • LASYS 2020: PM Nr. 6

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    LASYS bietet Planungssicherheit – neuer Termin 21. bis 23. Juni 2022BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • Lasys 2020: PM Nr. 4

    Lasys 2020: PM Nr. 4

    Bei der LED-Produktion beschriften die PowerLine E 8 QT Lasermarkierer von Coherent Leadframes (Träger) mit winzigen 2D-Matrixcodes, die aus Punkten von nur 43 Mikrometern Durchmesser bestehen.Coherent
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  • LASYS 2020: PM Nr. 5

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    Mit der neu entwickelten GL.smart von GFH, die bis zu 16 simultane Achsen birgt, lassen sich mittels UKP-Laserstrahlen vielseitige Mikrobearbeitungsaufgaben wirtschaftlich ausführen. Neben einer Kombinationsbearbeitung von Laserbohren, -drehen,- und -schneiden ist eine Output-Steigerung durch die Parallelbearbeitung auf zwei Stationen möglich.BILDNACHWEIS GFH GmbH
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    Mit der Einführung der BLIZZ-Laserserie von InnoLas Photonics steht ein Laser zum wirtschaftlichen Depaneling zur Verfügung. Berührungsloses, schnelles und staubarmes Laserschneiden von Platinen ist nun bei gleichzeitig sehr guter Qualität möglich, auch bei dünnen Substraten.BILDNACHWEIS InnoLas Photonics GmbH
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    Laseranlagen von LPKF ermöglichen es, dass sich mit Laser-Depaneling die Schnittflächen reduzieren lassen, da auf breitere Fräswege und größere Abstände der SMT-Komponenten zu den Schnittkanten verzichtet wird. Damit können bis zu 30 Prozent Materialersparnis erreicht werden.BILDNACHWEIS LPKF
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  • LASYS 2020: PM Nr. 5

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    Präzises Schneiden – auch flexibler Materialien – ist für Lasersysteme von LPKF kein Problem – und das bei größtmöglicher Designfreiheit.BILDNACHWEIS LPKF
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    Starr-flexible Leiterplatten werden bei ATLAS EMS in die LPKF MicroLine 2000 eingelegt. Da die Baugruppen kompakt und randnah platziert sind und das starr-flexible Material anspruchsvoll in der Bearbeitung ist, erweist sich Trennen mittels Lasertechnologie hier als ideal.BILDNACHWEIS ATLAS EMS
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  • LASYS 2020: PM Nr. 5

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    ATLAS EMS setzt ein MicroLine Lasersystem von LPKF zum Nutzentrennen ein. Die schnelle Einrichtung der jeweiligen Jobs ist hier ein wichtiger Faktor für eine effiziente Produktion.BILDNACHWEIS ATLAS EMS
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    Ein neuartiges Laser-CNC-Bearbeitungszentrum zum 3D-Lasermikroschweißen hat Schüssler Technik entwickelt. Durch hochgenaue Achsbewegungen lassen sich filigrane Bauteile in unterschiedlichsten Positionen (5+2-Achs) mühelos fügen.BILDNACHWEIS Schüssler Technik GmbH
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  • LASYS 2020: PM Nr. 6

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    LogoBILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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  • LASYS 2020: PM Nr. 3

    LASYS 2020: PM Nr. 3

    Was die ‚lastgerechte und flexible Bauteilgestaltung‘ von E-Fahrzeugen anbelangt, verfolgt beispielweise das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) den Ansatz, crash-relevante Karosseriestrukturen individuell zu verbessern. Hier die lokale Laserbehandlung einer hochbeanspruchten Zone eines crashrelevanten Karosseriestrukturbauteils im TestFraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik
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  • LASYS 2020: PM Nr. 3

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    Diffraktive optische Elemente von Laser Components formen den optimalen Strahl für industrielle Anwendungen etwa beim Bearbeiten von Komponenten der E-MobilitätLaser Components GmbH
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    Mit Lasersystemen von Laserline, die ‚blaues Laserlicht, nutzen, kann der Energieeintrag in Kupfer so gut gesteuert werden, dass erstmals Wärmeleitungsschweißprozesse ohne Verdampfen und Dampfkapillare möglich sind. Dies ergibt spritzerfreie Prozesse.Laserline GmbH
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    Die schlüsselfertigen automatisierten Produktionsanlagen von SITEC Industrietechnologie richten den Fokus auf Wirtschaftlich- und Nachhaltigkeit bei der Produktion von Komponenten für die E-Mobilität. Neuartige automatisierte Laseranlagen schweißen in hoher Qualität die Kupfer-Hairpins am Stator des Elektromotors.SITEC Industrietechnologie GmbH
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  • LASYS 2020: PM Nr. 3

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    SITEC Industrietechnologie antwortet auf die Herausforderungen der Mobilität mit neuartigen automatisierten Laseranlagen etwa für Schweißprozesse an Baugruppen der Leistungselektronik, an Statoren oder wie hier an Bipolarplatten für Brennstoffzellen.BILDNACHWEIS MESSE STUTTGART
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    Laseranlagen von Trumpf entlacken Hairpins mit dem Laser, die anschließend ineinander verdreht und mittels Laserstrahl verschweißt werden. Mit dem Hairpin-Verfahren ist laut Trumpf eine automatisierte Produktion großer Stückzahlen von Statoren des Elektromotors wirtschaftlich möglich.Trumpf GmbH & Co. KG
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  • LASYS 2020: PM Nr. 4

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    Der Laser-Folien-Markierer LFM 100 von Bluhm Systeme ist eine innovative Mischung aus Etikettendrucker und Lasersystem, der Typenschilder laserbeschriftet. Die seewasserfeste und selbstklebende Lackfolie ist günstiger und flexibler als die üblichen Edelstahl-Typenschilder.Bluhm Systeme GmbH
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    Im Trend liegt „Natural Branding“. Bluhm Systeme hat hier das Lasersystem eSolarMark plus entwickelt, das gleich vier Früchte innerhalb eines Taktes beschriftet. Auch Backwerk lässt sich ohne Etikett mit dem Laser beschriften.Bluhm Systeme GmbH
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    Mit seiner PowerLine-Serie deckt Coherent ein breites Anwendungsspektrum beim Lasermarkieren ab: Erst kürzlich ist dem Unternehmen zusammen mit einem Partner gelungen, einen neuen Kunststoff für Ohrmarken von Tieren hinsichtlich Gesundheitsverträglichkeit und Lasermarkierbarkeit zu optimieren.Coherent
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    Um Schnelligkeit geht es beim PowerLine E Twin von Coherent. Zwei Lasermarkiereinheiten beschriften gemeinsam ein Werkstück. Das Besondere hierbei ist, dass das System über Hard- und Software-Schnittstellen wie ein einzelner Lasermarkierer gesteuert wird.Coherent
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    Zur effizienten Teilekennzeichnung hat Gravotech eine kompakte und sichere Lösung entwickelt, den Laserschutztrichter Mini-Inline. Er vereinfacht den Einsatz von Lasertechnik in Fertigungslinien und macht ihn deutlich effizienter als zuvor. Bildnachweis:Gravotech GmbH
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    Das neuartige Lasersystem WeLase von Gravotech kann durch den Einsatz unterschiedlicher Laserquellen (CO2, Faser, YAG oder Green) an fast jede Kundenanforderung angepasst werden: Lasermarkierung der nächsten Generation!Gravotech GmbH
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    Produktpersonalisierung kurbelt den Markt für Lasermarkiersysteme an. Viele Massenprodukte wie a)Brille, b)Uhrenarmband oder andere Geschenkeartikel lassen sich auf einfache Weise individualisieren. Das Lasermarkiersystem WeLase ist laut Hersteller Gravotech eine ideale Lösung für In-Store-Personalisierung.Gravotech GmbH
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    Produktpersonalisierung kurbelt den Markt für Lasermarkiersysteme an. Viele Massenprodukte wie a)Brille, b)Uhrenarmband oder andere Geschenkeartikel lassen sich auf einfache Weise individualisieren. Das Lasermarkiersystem WeLase ist laut Hersteller Gravotech eine ideale Lösung für In-Store-Personalisierung.Gravotech GmbH
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    Die Experten von LightPulse Laser Precision empfehlen Schwarzmarkieren mittels Ultrakurzpuls-Laser für medizintechnische Instrumente und Implantate, Schwarzmarkieren eignet sich hier sehr gut, weil es sehr kontrastreich, korrosionsbeständig und dauerhaft lesbar ist.LightPulse Laser Precision
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