A065

Technologieuntersuchungen zum 3D-Laserstrahlschweißen an Automobilkarosserien


(A065 S 24/03/92)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Juli 1992 – 31. Juni 1994

Beim Laserstrahlschweißen von Blechformteilen können durch Abweichungen der program-mierten Bearbeitungsparameter an komplexen Bauteilkonturen Imperfektionen im Bearbei-tungsergebnis auftreten, die zu fehlerhaften  Schweißverbindungen führen können und eine Beeinträchtigung der Gebrauchseigenschaften des Werkstückes darstellen.

Die Imperfektionen werden durch die kinematische Leistungsfähigkeit, das Steuerungsverhalten und das dynamische Verhalten der Werkzeugmaschine bestimmt und treten abhängig vom eingesetzten Maschinenkonzept und der programmierten Prozeßführung an komplexen Bauteilkonturen auf. Die auftretenden Imperfektionen sind ein Maß für die am Bau-teil erzielbare Fertigungsqualität und legen die Gebrauchseigenschaften der Schweißverbin-dung fest.

Die Kenntnis der erzielbaren Fertigungsqualität ist eine wesentliche Voraussetzung für den Konstrukteur bei der Planung von Bauteilverbindungen an komplexen Bauteilkonturen. Der Fertigungsplaner und techniker muß die Möglichkeit der Prozeßführung an Konturen und die hierbei erzielbare Fertigungsqualität kennen.

Im Rahmen der Technologieuntersuchungen zum 3D-Laserstrahlschweißen wurden am Bei-spiel der eingesetzten Systemtechnik in grundlegenden Versuchen die Einflußgrößen auf die Fertigungsqualität an Konturenelementen variiert sowie die erzielten Bearbeitungsergebnisse dokumentiert und hinsichtlich der erzielbaren Fertigungsqualität bewertet. Hierbei kamen ein 2,2kW CO2-Laser mit einem 5-Achs-Portal sowie ein 1kW-cw-Nd:YAG-Laser mit einem 6-Achsen-Knickarmroboter und Strahlführung über Lichtleitfaser zum Einsatz. Untersucht wurden die drei häufigsten angewendeten Nahtformen für die Verbindung von dünnen Ble-chen: I-Naht am Stumpfstoß, I-Naht und Kehlnaht am Überlappstoß. Als Versuchswerkstücke kamen Außen- und Innenkonturen unterschiedlicher Krümmungsradien (10-2mm) sowie Blechformteile aus Automobilkarosserien zum Einsatz.

Es wurden Methoden zur Bestimmung der Fertigungsqualität nach Norm DIN 8563 T11 ange-wendet und Bewertungsrichtlinien für die Bestimmung der Fertigungsqualität an den diesbe-züglich bisher normativ nicht erfaßten Schweißverbindungen I-Naht und Kehlnaht am Über-lappstoß erarbeitet.

Die unterschiedlichen Einflußgrößen auf die Fertigungsqualität an komplexen Konturen wur-den am Beispiel der eingesetzten Fertigungssysteme separiert, die jeweils resultierenden Im-perfektionen charakterisiert und in einer allgemeinen Übersicht zusammengestellt. Zur Ver-meidung der gezeigten Imperfektionen werden fehlerspezifische Hinweise für konstruktive sowie fertigungstechnische Maßnahmen vorgestellt.

Die Bearbeitungsergebnisse aller Versuchsreihen wurden für die verschiedenen bearbeitenden Werkstücke konturspezifisch nach unterschiedlichen Qualitätsmerkmalen und Einflußgrößen graphisch aufbereitet. Dies ermöglicht dem Konstrukteur sowie dem Ferti-gungstechniker unter Berücksichtigung der eingesetzten Systemtechnik eine allgemeine Ein-ordnung der erzielbaren Fertigungsqualität sowie der Verfahrensgrenzen des Laserstrahl-schweißens an einzelnen Konturelementen wie Außen- und Innenradien ebenso wie an kom-plexen Realbauteilen

Die bildliche Darstellung einzelner Bearbeitungsbeispiele erleichtert die Interpretation der gra-phischen Auswertung und unterstützt den Konstrukteur bei der Festlegung der Fertigungsqua-lität für eigene Anwendungen.

Die dargestellten Bearbeitungsergebnisse und die hieraus abgeleiteten Folgerungen für die Prozeßführung stellen einen auf die eingesetzte Systemtechnik begrenzten Ausschnitt dar, der jedoch beispielhaft die an Konturenelementen erzielbare Fertigungsqualität laserstrahlge-schweißter Verbindungen anschaulich macht. Verbesserungen der Systemtechnik, beispiels-weise durch die Anwendung einer Werkzeugmaschine mit höherer kinematischer Leistungsfä-higkeit oder der Einsatz adaptiver Optiken für die Bearbeitung von Konturelementen stellen wiederum veränderte Randbedingungen dar, die sich auf die unter diesen Umständen erziel-bare Fertigungsqualität der Schweißverbindung auswirken. Höchste Effizienz beim Einsatz der unterschiedlichen, beschriebenen Prozeßführungsstrategien bietet die Perspektive, diese durch die Verwendung geeigneter Offline-Programmiersysteme automatisiert in der Programmerstellung zu berücksichtigen.

Forschungsstelle 1:
Lehrstuhl für Fertigungstechnologie Universität Erlangen-Nürnberg
www.lft.uni-erlangen.de
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. Manfred Geiger
(vorgelegt vom Verband der Automobilindustrie e.V. - VDA)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Sathlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.
Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF