Fraunhofer IPT – Preisgekröntes Verfahren zum Fügen von Stahl und Aluminium

Zweistrahliges Fügeverfahren für die Verbindung von Stahl und Aluminium / Bildquelle: Fraunhofer IPT

Ganz ohne Stahl geht es auch im Leichtbau nicht. Zum Beispiel, wenn – wie beim Automobil – an bestimmten Stellen besondere Anforderungen an Festigkeit und Verformbarkeit gestellt werden, die sich mit Aluminiumlegierungen nicht erreichen lassen. Wo die beiden Werkstoffe aufeinander stoßen sind bisher meist größere Überlappungen erforderlich, damit die Verbindung auch unter Belastung haltbar bleibt. Um dennoch den Leichtbau-Vorteil auszuschöpfen, hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen ein zweistrahliges Laserverfahren entwickelt, das feste, qualitativ hochwertige Verbindungen zwischen Stahl und Aluminium herstellt.

Hohe Qualität der Nahtoberfläche beim Fügen von Stahl und Aluminium / Bildquelle: Fraunhofer IPT

Besonders geeignet ist das zweistrahlige Fügeverfahren für die Verbindung von Blechen, bei denen es auf eine hohe Qualität der Nahtoberfläche, starke Festigkeit und minimalen Nachbearbeitungsaufwand ankommt. Auch thermische Schädigungen oder Verzug bleiben geringer als bei herkömmlichen Verfahren, da der gesamte Fertigungsprozess bei niedrigerer Temperatur ablaufen kann als bisher. Die hohe erreichbare Prozessgeschwindigkeit des Zweistrahlverfahrens, das am Fraunhofer IPT entwickelt wurde, qualifiziert das Verfahren für einen automatisierten Einsatz in der Serienfertigung.

Das neue Fügeverfahren kombiniert zwei unterschiedliche Laserstrahlen: einen gepulsten mit einem kontinuierlichen. Der kontinuierliche Laserstrahl erwärmt – wie beim klassischen Laserlötprozess – beide Werkstoffe. Dann zerstört der zweite, gepulste Laser die dichte, hitzebeständige Oxidschicht des Aluminiums und ermöglicht so die Benetzung. Auf diese Weise gelingt es, das Aluminium bei besonders geringer Temperatur schnell und ohne umweltschädliche Flussmittel mit dem Stahl zu verbinden.

Auch spröde intermetallische Phasen, die bei zu hohen Prozesstemperaturen entstehen und die Festigkeit des Verbindung beeinträchtigen, lassen sich dadurch vermeiden. Im Gegenteil: Die Festigkeit der Verbindung kann mit dem Zweistrahlverfahren sogar höher sein als die des Ausgangsmaterials. Zusätzlich zugeführte Zink- oder Aluminiumdrähte unterstützen die Bildung einer guten Naht.

Bereits am 9. September 2014, zur feierlichen Eröffnung der Laser-Fachkonferenz LANE 2014, hatte Sascha Frank, Leiter des Forschungsprojekts am Fraunhofer IPT, für die Entwicklung des Verfahrens den „Erlangen Innovation Award Optical Technologies“ empfangen. Das Expertengremium der renommierten Veranstaltung, das die Jury stellte, bestätigte mit der Vergabe des Preises den hohen Innovationsgrad und die Originalität des flexiblen und effizienten Verfahrens.

http://www.ipt.fraunhofer.de