Laserstrahlschweißen von Titanwerkstoffen unter Berücksichtigung des Einflusses des Sauerstoffes

Abstract Im Rahmen dieses Aufsatzes wird erstmalig ein innovatives Konzept zum Laserstrahlschweißen von Titan für die Serienfertigung dargestellt und validiert. Durch den neuartigen Einsatz eines 6‐lagigen Metallgewebes ist es möglich, die Strömung vom Schutzgas so stark zu beruhigen, dass die beim Schweißen schädlichen Verwirbelungen vermieden werden können. Der Einbau eines derartigen Gewebes als Boden einer offenen Schweißkammer ermöglicht sowohl das mechanisierte als auch das vollautomatisierte Schweißen von hochreaktiven Werkstoffen, wie zum Beispiel Titanwerkstoffen, unter atmosphärischen Druckbedingungen und unter inerter Abdeckung. Damit wird der für eine industrielle Fertigung, insbesondere für Industrieroboter, notwendige Freiheits‐ und Zugänglichkeitsgrad zur Fügestelle im Vergleich zu konventionellen geschlossenen WIG‐Schweißhauben gewährleistet. Von weitgehender Bedeutung für die Schweißtechnik von Titanwerkstoffen ist es, dass auch die Bereiche, die in der Praxis mittels einer Nachschleppdüse vom Schutzgas nicht erreichbar wären, wie z. B. die Überlappgebiete bei der Überlappnaht, erfolgreich durch das Prinzip der wirbelfreien Schweißkammer geschützt werden können. Mit Hilfe dieser neuartigen Vorgehensweise und eines modernen Fügeverfahrens, wie dem Nd:YAG‐Laserschweißen, konnten erstmalig systematische Grundlagenuntersuchungen zum Einfluss von Sauerstoff in der Schweißumgebung auf die Mikrostruktur und auf die mechanisch‐technologischen Eigenschaften einer Modellschweißverbindung durchgeführt werden. Durch die Validierung des gesamten Systems konnte bewiesen werden, dass im Vergleich zum konventionellen WIG‐Verfahren geringere Anforderungen an die Reinheit des Schutzgases, um Anlauffarben und unzulässige Aufhärtungen zu vermeiden, gerichtet werden können. Für das Laserstrahlschweißen kann ein maximaler Restsauerstoffgehalt von 1000 ppm in der Schweißumgebung unbedenklich toleriert werden. Für das WIG‐Schweißen gilt dagegen ein Höchstwert von etwa 30 ppm. Ferner konnte nachgewiesen werden, dass die Qualitätsmerkmale der derzeitigen Regelwerke für das WIG‐Schweißen für die Luft‐ und Raumfahrttechnik auf das Verfahren Laserstrahlschweißen mit Nd:YAG‐Quellen übertragen werden können.