Anwendung zur Optimierung des Laserstrahlschweißens durch Überlagerung von Ultraschallwellen

Das Poten­zi­al der Ultra­schall­wel­len­über­la­ge­rung zur Ver­bes­se­rung der Eigen­schaf­ten des Laser­strahl­schwei­ßens wur­de am Fach­ge­biet Tren­nen und Fügen von Fer­ti­gungs­ver­fah­ren (tff) der Uni­ver­si­tät Kas­sel mit einem sta­tio­nä­ren und einem beweg­ten Pie­zos­ha­ker-Sys­tem unter­sucht. Ein Bei­spiel dafür ist der Ver­such an der hoch­fes­ten Stahl­le­gie­rung 22MnB5, der hier vor­ge­stellt wird. Eine Adap­ti­on auf ande­re Schweiß­ver­fah­ren und Werk­stof­fe ist möglich.

Die Ein­flüs­se der ver­schie­de­nen Anre­gungs­pa­ra­me­ter des Pie­zos­ha­kers auf die Ultra­schall­wel­len­über­la­ge­rung wur­den unter­sucht, z.B. die Ver­tei­lung der AlSi-Beschich­tungs­par­ti­kel inner­halb der Füge­zo­ne sowie die Schweiß­naht­ei­gen­schaf­ten [1].

Für die Wel­len­über­la­ge­rung wur­de das isi-sys Pie­zos­ha­ker-Sys­tem ver­wen­det, wie in Abb. 1 dar­ge­stellt. Das Sys­tem besteht aus einem 2‑kanaligen Pie­zo-Ver­stär­ker der Serie HPDA‑0–180-2C und zwei Pie­zos­ha­kern der Serie PS-W-02. Die Pie­zos­ha­ker sind über eine Hal­te­rung fest mit der Laser­op­tik ver­bun­den und wer­den rela­tiv zur Bau­teil­ober­flä­che in einem defi­nier­ten Abstand zum Laser­strahl bewegt. Mit Hil­fe von Pneu­ma­tik­zy­lin­dern wer­den die­se mit einer defi­nier­ten Kraft auf die Bau­teil­ober­flä­che gepresst. Uneben­hei­ten und Stär­ken­dif­fe­ren­zen der Füge­part­ner kön­nen so kom­pen­siert werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 1 (links):Die Ver­tei­lung der AlSi-Beschich­tung im Ver­gleich ohne (a) und © und mit (b) und (e) Ein­fluss einer Ultra­schall­wel­len­über­la­ge­rung durch isi-sys Pie­zos­ha­ker beim Laser­strahl­schwei­ßen mit Falsch­far­ben­bil­dern der EDS-Ana­ly­se (d) und (f) [1]

Abb. 2 (rechts): Über­la­ger­te REM-Bil­der und abschnitts­wei­se inver­se Pol­fi­gur­ab­bil­dung (IPFM) einer Schweiß­naht ohne (a) und mit Ultra­schall­über­la­ge­rung (b), gemes­sen mit Elek­tro­nen­rück­streu­beu­gung, dar­ge­stellt als inver­se Pol­fi­gur in Z‑Richtung [1].

[1] Publis­hed in: C. Wolf, S. Völ­kers, I. Kryu­kov, M. Graß, N. Som­mer, S. Böhm, M. Wun­der, N. Köh­ler und P. Mäckel, „Enhan­ce­ment of Welda­bi­li­ty at Laser Beam Wel­ding of 22MnB5 by an Entrai­ned Ultra­so­nic Wave Super­po­si­ti­on,“ In: Mate­ri­als 2022, Bd. 15, 4800.