Laserschweißen in der Automobilindustrie

Durch die zunehmende Elektrifizierung mobiler Antriebe gewinnt der Einsatz moderne Kupfer- und Aluminiumwerkstoffe an Bedeutung. Sie sind aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit exzellent für die Übertragung von Strom geeignet. Konventionelle Fügeverfahren wie das Metall-Schutzgas- (MSG) oder Wolfram-Intergas-Schweißen (WIG) stoßen angesichts der fortschreitenden Miniaturisierung von Komponenten und Bauteilen sowie steigender Qualitätsanforderungen zunehmend an ihre Grenzen.

Das Laserstrahlschweißen – charakterisiert durch die konzentrierte Energieeinbringung in das Bauteil – bietet ein überlegenes Verfahren zur Herstellung arteigener (z. B. Kupfer-Kupfer) und artfremder (z. B. Aluminium-Kupfer) Schweißverbindungen. Mit Hilfe leistungsstarker Laserstrahlquellen können hohe Leistungsdichten realisiert werden, die selbst bei hochreflektiven und beschichteten Werkstoffoberflächen zu Fügeverbindungen mit hoher Schweißnahtqualität führen. 

Vorteile durch das Laserstrahlschweißen

Werkstoff

• Fügen hochreflektierender und beschichteter Werkstoffe
• Fügen dünner Folien von wenigen Mikrometer Dicke bis zu dicken Blechen

Prozess

• Kostengünstige, vollständig automatisierbare Fügeprozesse
• Steuerung des Wärmeeintrags über Prozessparameter zur Reduzierung intermetallischer Phasen
• Vermeidung von Prozessspritzern während des Schweißens 
• Einsatz von Bilderkennungssoftware für eine kontinuierliche Schweißprozessoptimierung

Bauteileigenschaften

• Niedrige thermische Belastung des Bauteils während des Schweißprozesses
• Stoffschlüssige metallische Verbindungen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. geringe Übergangswiederstände, optimale Kontaktierung
• Herstellung von Bauteilen mit hoher Lebensdauer und optimaler Stoßgeometrie bei Erhalt wichtiger Werkstoffeigenschaften, z. B. mechanische Stabilität bei Vibration und Beschleunigung

Anwendungsbeispiele

• Batterien: Zellgehäuse, Zellverbinder, Stromableiter, Kontakt- und Busbar-Verbindungen
• Elektromotoren: Hairpins, Shunts, Kabel, Kupferlitzen, Kabelverbinder
• Peripherie: Elektrokontaktierung, Leistungselektronik

Der moderne Leichtbau, der auf einem intelligenten Materialmix aus Werkstoffen mit hoher Festigkeit beruht (z. B. Aluminium, Stahl, Nichteisenmetalle, Faserverbundwerkstoffe), stellt besondere Anforderungen an die Fügetechnik. Werkstoffangepasste Laserstrahlschweißprozesse und leistungsstarke Laserstrahlquellen mit Wellenlängen von 450 bis 1.080 Nanometer ermöglichen leichtbauoptimierte Strukturen mit sehr guten Schweißnahteigenschaften. Hierdurch wird ein bestmöglicher Kompromiss aus Sicherheit und Gewicht gewährleistet. Um dem Ziel hochfester und korrosionsbeständiger Schweißverbindungen näher zu kommen, setzen wir auf Zusatzwerkstoffe, thermische Nahtvor- und Nachbehandlungen sowie modernste Scanner-Optiken für 2D- und 3D-Oszillationsprozesse.

Vorteile durch das Laserstrahlschweißen

Werkstoff

• Langlebige, hochbelastbare und kostengünstige Verbindungen für den industriellen Einsatz
• Fügen hochfester, schwer schweißbarer Aluminium- und hochlegierter Stahlwerkstoffe, z. B. 16MnCr5, 65NiCrMo3, Sinter- und Gusswerkstoffe
• Fügen von Dünnblechen (Zehntel bis wenige Millimeter Dicke) bis zu Wandstärken von 4 bis 8 Millimeter
• Einsatz von Transition Joints, d. h. walzplattierte Bändern unterschiedlicher Legierungen 

Prozess

• Hocheffiziente (kurze Taktzeit, geringe Stückkosten) und vollautomatisierbare Fügeprozesse
• Steuerung des Wärmeeintrags über Prozessparameter zur Reduzierung intermetallischer Phasen
• Keine Zusatzwerkstoffe notwendig bei Stahlwerkstoffen mit hohen Kohlenstoffequivalent
• Vermeidung von Prozessspritzern während des Schweißens 
• Nahterkennung und Prozessüberwachung durch Inline- und Offlinesensoren, z. B. optische Bilderkennung, Plasmadetektion, Akustik, Ultraschall

Bauteileigenschaften

• Stoffschlüssige Verbindungen zur Übertragung statischer, zyklischer und dynamischer Crashbelastungen
• Bauteile mit hoher Lebensdauer und optimaler Stoßgeometrie, z. B. mechanische Stabilität bei Vibration und Beschleunigung

Anwendungsbeispiele

• Antriebswellen, Getriebewellen, Zahnräder, Differenziale, Motorkomponenten, Werkzeuge
• Strukturkomponenten, Gehäuse, Blechverbindungen (Patchwork und Tailored Blanks)