Laserschweißeignung von Aluminiumwerkstoffen für Anwendungen im Leichtbau

فقدان دانش در مورد تأثیر خواص مواد بر فرآیند ماشین‌کاری و نتیجه ماشین‌کاری، مانع بزرگی برای استفاده صنعتی از جوشکاری پرتو لیزر آلیاژهای آلومینیوم در ساخت و سازهای سبک وزن بوده است. در مقابل این پس زمینه، یک توصیف جامع از مناسب بودن برای جوشکاری لیزری این گروه از مواد در کار حاضر ایجاد شده است، در نتیجه شکاف ذکر شده در بالا بسته می شود. اول، اقدامات برای بهینه سازی فرآیند بر اساس تجزیه و تحلیل خواص مواد تعیین کننده فرآیند مشتق شده است. نتایج آزمایش تأثیر زیادی پارامترهای انفجار بر راندمان و رفتار فرآیند را نشان می دهد. یک رویکرد ترمودینامیکی ارائه شده است که با آن تأثیر عناصر آلیاژی بر فرآیند جوشکاری عمیق را می توان به صورت کمی توصیف کرد. بر اساس بررسی‌های تجربی و از جمله مدل‌های فرآیند نظری، نشان داده شده است که جوشکاری با پرتو لیزر پشت سر هم روشی مؤثر برای تثبیت فرآیند در جوشکاری با نفوذ عمیق و در نتیجه برای جلوگیری از منافذ فرآیند و خروج مذاب است. در بخش دیگری از کار، خواص متالورژیکی مواد آلومینیوم سبک وزن در طول پردازش لیزری و اثرات آنها بر ظرفیت باربری انواع سازه‌های سبک وزن مورد توجه قرار می‌گیرد. در نهایت، یافته‌های اساسی به دو کاربرد بتنی در ساخت بدنه سبک - پرده‌های بلندتر و اتصالات خمیر شده/ریخته‌شده در سازه‌های قاب فضایی - منتقل می‌شوند و مقایسه با اتصالات متصل معمولی انجام می‌شود. محتویات ساختار آلومینیوم سبک در ترافیک - اثر جوش عمیق - مناسب برای جوشکاری فیوژن - کیفیت و عملکرد تیر - تاثیر عناصر آلیاژی فرار بر اثر جوش عمیق - منافذ فرآیند و خروج مذاب - تثبیت فرآیند از طریق فناوری دو پرتو - مواد

Der mangelnde Kenntnisstand über den Einfluß der Werkstoffeigenschaften auf den Bearbeitungsprozeß bzw. das Bearbeitungsergebnis war bisher ein großes Hindernis für die industrielle Nutzung des Laserstrahlschweißens von Aluminiumlegierungen im Leichtbau. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit eine umfassende Charakterisierung der Laserschweißeignung dieser Materialgruppe erstellt und die oben erwähnte Lücke dadurch geschlossen. Zuerst werden basierend auf einer Analyse der prozeßbestimmenden Werkstoffeigenschaften Maßnahmen zur Verfahrensoptimierung abgeleitet. Die Untersuchungsergebnisse demonstrieren den großen Einfluß der Strahlparameter auf Prozeßeffizienz und -verhalten. Es wird ein thermodynamischer Ansatz vorgestellt, mit welchem der Einfluß der Legierungselemente auf den Tiefschweißprozeß quantitativ beschrieben werden kann. Anhand experimenteller Untersuchungen und unter Einbeziehung theoretischer Prozeßmodelle wird gezeigt, daß das Tandem-Laserstrahlschweißen ein effektives Verfahren zur Prozeßstabilisierung beim Tiefschweißen und damit zur Vermeidung von Prozeßporen und Schmelzauswürfen ist. In einem weiteren Teil der Arbeit werden die metallurgischen Eigenschaften von Aluminiumleichtbauwerkstoffen bei der Laserbearbeitung und ihre Auswirkungen auf die Tragfähigkeit leichtbautypischer Stoßarten betrachtet. Abschließend werden die Grundlagenerkenntnisse auf zwei konkrete Anwendungsfälle im Karosserieleichtbau - Tallored Blanks und Knet/Guß-Verbindungen bei Space-Frame-Strukturen - übertragen und ein Vergleich mit konventionell gefügten Verbindungen durchgeführt. Inhalt Aluminium-Leichtbau im Verkehrswesen - Tiefschweißeffekt - Schmelzschweißeignung - Strahlqualität und -leistung - Einfluß leichtflüchtiger Legierungselemente auf den Tiefschweißeffekt - Prozeßporen und Schmelzauswürfe - Prozeßstabilisierung durch Zweistrahltechnik - Werkstoffve