Aluminium zum Laser-Remote-Schweißen

Technik/Aluminium

Laser-Remote-Schweißen von 6000er-Aluminium erforderte bisher Zusatzwerkstoffe und dauerte sehr lange. Eine neue, monolithische Legierung von Constellium ermöglicht nun auch Laser-Remote-Schweißen von Aluminium.

02. Februar 2018
Das Laser-Remote-Verfahren macht den Schweißprozess schneller und effizienter. Bild: Constellium
Bild 1: Aluminium zum Laser-Remote-Schweißen (Das Laser-Remote-Verfahren macht den Schweißprozess schneller und effizienter. Bild: Constellium)

Das Laser-Remote-Schweißen ist ein spezielles Verfahren des Laserstrahlschweißens und wird bisher insbesondere bei der Verarbeitung von Stahlblechen in der Automobilfertigung eingesetzt. Die Technologie arbeitet mit sogenannten Scanner-Spiegeln und kann aus bis zu einem Meter Entfernung sehr schnell unterschiedliche Positionen anfahren. Dies macht den Schweißprozess wesentlich schneller und effizienter, da nicht mehr jede einzelne Stelle separat angefahren werden muss. Bei Stahlblechen funktioniert dies sehr gut. Anders verhält es sich mit Aluminiumlegierungen der 6000er-Reihe, die heute im Automobilbau sehr weitverbreitet sind. Hier muss mit einem Laserstrahl jeweils präzise die Stelle angefahren werden, an der die Schweißnaht gesetzt werden soll.

Der Draht bremst den Laser aus

Das bedeutet: Es gibt immer einen expliziten Startpunkt für den Laserdraht, der dann bis zum Ende der Naht fährt. Das Ansteuern jeder einzelnen Position dauert sehr viel länger als der Laser-Remote-Schweißprozess, bei dem mit einem Spiegel aus bis zu einem Meter Entfernung der Strahl einfach an die entsprechenden Stellen geführt wird. So verschlingt der Laserschweißvorgang aus der Ferne bei herkömmlichen 6000er-Legierungen bis zu fünfmal so viel Zeit wie bei Stahlteilen. Zudem wird für das Laserschweißen einer solchen Legierung ein Zusatzwerkstoff benötigt, um Risse zu vermeiden und damit die Festigkeit zu erhöhen.

Hohe Festigkeit durch Warmaushärtung

Constellium schafft Abhilfe und stellt nun eine neue Aluminiumlegierung bereit, die sich für das Laser-Remote-Schweißen eignet. Mit dem Werkstoff namens Formalex Remote hat der Aluminium-Spezialist seine bewährte Legierung für umformbare Automobil-Innenteile weiterentwickelt. Dabei handelt es sich um eine warm aushärtbare, monolithische Legierung, die ganz ohne Zusatzwerkstoff geschweißt werden kann, was die wesentliche Voraussetzung für den Laser-Remote-Prozess ist. Das ursprünglich im kaltausgehärteten T4-Zustand vorliegende Material wird zunächst umgeformt, per Laser geschweißt und anschließend im KTL-Trocknungsofen bei etwa 180 Grad in 20 Minuten ausgehärtet, vergleichbar mit einer Standard-6000er-Legierung. Durch die Wärmebehandlung im Lacktrocknungsofen wird ein besonders hohes Festigkeitsniveau erreicht.

Stahl und Aluminium mit dem gleichen Werkzeug schweißen

Ein weiterer besonderer Vorteil der neuen Legierung besteht darin, dass sich dasselbe Laserwerkzeug für das Schweißen von Stahl und Aluminium einsetzen lässt. Da dies bisher nicht möglich war, mussten Automobilfertiger für das Laserschweißen beider Werkstoffe ein komplett unterschiedliches Equipment verwenden. Durch den Einsatz des gleichen Werkzeuges lassen sich enorm Kosten einsparen. Zudem kann mit der neuen Aluminiumlegierung eine ebenso hohe Schweißgeschwindigkeit erreicht werden wie mit Stahl.

Der entscheidende Vorteil der neuen Legierung ist also, dass sie weich genug für die Kaltumformung ist und sich – im Gegensatz zur 5000er-Legierung – anschließend problemlos warm aushärten lässt. Ein weiterer positiver Effekt ist die deutlich höhere Nahtqualität der neuen Aluminium-Legierung. Herkömmliche 5000er-Werkstoffe neigen stark zu Prozess-Poren, was sich nachteilig auf die Qualität der Nähte auswirkt. Mit der neuen Legierung lassen sich beidseitig sehr glatte Nähte realisieren.

Das Stahlmonopol fällt

Das Laser-Remote-Schweißen war lang eine Domäne für Stahlwerkstoffe. Dank der neuen Legierung Formalex Remote ist dieses Schweißverfahren nun auch für aushärtbare Aluminiumbleche einsetzbar. Dadurch werden ähnlich hohe Geschwindigkeiten wie beim Laser-Remote-Schweißen von Stahl erreicht. Zudem kann durch die Möglichkeit der warmen Aushärtung eine Festigkeit erzielt werden, die mit einer konventionellen 6000er-Legierung vergleichbar ist.

Langzeitpartnerschaft

Constellium baut seine Langzeitpartnerschaft mit Audi aus und stellt Karosseriebleche und Strukturbauteile für die neue Generation des Audi A7 bereit. Als Hauptanbieter liefert Constellium Aluminiumbänder für Außendesignanwendungen wie Türen, Motorhauben, Kotflügel und Kofferraumdeckel, die große Oberflächen, harte Kanten und klare Linien verlangen. Die anspruchsvollen Designformen werden aus der hochformbaren Aluminiumlegierung Surfalex gefertigt. Diese vereint gute Umformbarkeit mit den verlangten Oberflächeneigenschaften. Damit ist die Karosserieaußenhaut-Legierung für die Anwendung in komplexen Bauteilen prädestiniert. Neben den Karosserieblechen liefert Constellium auch Streben und Querträger, die zur Steifigkeit der Karosserie beitragen. Aluminium bietet also nicht nur die passenden Eigenschaften für elegantes Design und verbesserte Aerodynamik, sondern unterstützt auch die Umsetzung von Leichtbaustrategien.

Erschienen in Ausgabe: 01/2018