Simulationsbasierte Optimierung der zeitabhängigen Pulsleistung beim Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen zum Vermeiden von Heißrissen

Im Rahmen des vorgestellten Forschungsvorhabens konnte gezeigt werden, dass die bestehenden Grenzen des gepulsten Laserstrahlschweißens von Aluminiumlegierungen erweitert werden können. Im Projekt wurde die Erstarrungsgeschwindigkeit als primäre steuernde Größe hinsichtlich der Rissentstehung adressiert. Mithilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen an der Werkstückoberfläche und Hochgeschwindigkeits-Röntgenaufnahmen ist es möglich, eine kritische Erstarrungsgeschwindigkeit zu ermitteln, deren Überschreiten zum Auftreten von Rissen führt. In Kombination mit dem eigens entwickelten numerischen Modell, das den Fokus auf die Erstarrungsgeschwindigkeit legt, kann eine optimierte Pulsform berechnet werden. Der Vergleich der optimierten Pulsform mit einer konventionellen Pulsform zur Erzeugung heißrissfreier Schweißungen belegt das Potenzial zur Steigerung der Schweißgeschwindigkeit und damit der Wirtschaftlichkeit. Dies wird durch das Fügen an verschiedenen Stoßkonfigurationen mit unterschiedlichen Schweißgeschwindigkeiten sowie Pulsüberlappungen nachgewiesen. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse ist somit realisierbar und beinhaltet eine Steigerung der Schweißgeschwindigkeit um bis zu 34 % im Vergleich zu einer heißrissfreien Schweißung mit konventioneller Pulsform.