27 Jul Laserverfahren für umformbare Hybridbauteile
Teure Werkstoffe an Hochleistungsbauteilen nur dort einsetzen, wo sie wirklich gebraucht werden: Im Sonderforschungsbereich 1153 ‚Tailored Forming‘ forscht das Laser Zentrum Hannover (LZH) dazu an zwei laserbasierten Verfahren.
Hybridhalbzeuge können in der Produktion Material und Kosten sparen, wenn nur genau die Stellen eines Bauteils aus einem teuren Werkstoff gefertigt werden, die später beispielsweise besonders verschleißbeständig sein müssen. Im SFB 1153 wird eine neuartige Prozesskette zur Herstellung belastungsangepasster hybrider Massivbauteile entwickelt, in der die Halbzeuge erst gefügt und dann umgeformt werden.
Hybrides Halbzeug für die Herstellung von Kegelrädern mit einer hochfesten Beschichtung an den Zahnflanken. Bild: LZH
Umformbare Halbzeuge mittels US-Laserstrahlschweißen
Rissfrei umformbare Halbzeuge konnte die Gruppe ‚Fügen und Trennen von Metallen‘ mit einem ultraschallunterstützten Laserstrahlschweißprozess herstellen. Die Wissenschaftler haben Wellen aus verschiedenen Mischverbindungen wie Stahl-Stahl oder Stahl-Nickel verschweißt und dafür geeignete Prozesse entwickelt. Im Fokus stand dabei die Frage, wie sich Risse vermeiden lassen und welche Parameter im Schweißprozess welchen Einfluss auf Qualitätsmerkmale wie Einschweißtiefe oder Nahtüberhöhung haben.
In der 3. Förderperiode des Sonderforschungsbereichs möchte die Gruppe unter anderem durch Modulation der Laserleistung stabilere Prozesse erreichen und eine Prozessregelung entwickeln, um eine wiederholbare, verlässliche Qualität bei der Erzeugung der Halbzeuge zu erzielen. Außerdem sollen die mechanischen Spannungen im Bauteil mittels Ultraschall-Nachbehandlung reduziert werden.
Das LZH fertigt hybride Halbzeuge mittels Laser-Auftragschweißen im Rahmen des SFB 1153 ‚Tailored Forming’. Bild: LZH
Laserauftragschweißen berücksichtigt lokale Belastung
Die Gruppe ‚Maschinen und Steuerungen‘ forscht weiter an neuartigen Bauteilen mit lokalen, belastungsangepassten Eigenschaftsprofilen. Dazu wurden im Betrieb stark belastete Bauteilzonen mittels Laser-Heißdraht-Auftragschweißen mit einem kostenintensiven, aber hochfesten Werkstoff beschichtet. Zahnflanken von Zahnrädern sind ein Beispiel. So konnten hochwertige harte Beschichtungen aufgetragen und ihre Eigenschaften anhand der Werkstoffauswahl gezielt beeinflusst werden.
Systemtechnik mit rotierendem Werkstück für den ultraschallunterstützten Laserstrahlschweißprozess. Bild: LZH
Im nächsten Schritt möchte die Gruppe eine Prozessüberwachung für die Qualitätssicherung beim Auftragschweißen entwickeln. Hierzu soll die im Schweißprozess entstehende Sekundärstrahlung mittels Sensorik gemessen und mit Methoden des maschinellen Lernens analysiert werden, um eine Vorhersage der Beschichtungseigenschaften ableiten zu können. Das Ziel: Eine zerstörungsfreie Qualitätskontrolle der Beschichtungen direkt während des Prozesses.
Über den SFB
Die Arbeiten des LZH sind Teil des Sonderforschungsbereichs SFB 1153 ‘Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming’, in dem Experten und Expertinnen aus neun Instituten der Fakultät für Maschinenbau der Leibniz Universität Hannover, aus dem LZH und dem Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) daran arbeiten, neue Prozessketten zur Herstellung hybrider Bauteile zu entwickeln.
Das LZH bearbeitet innerhalb des SFB das Teilprojekt A03 ‘Ultraschallunterstütztes Laserstrahlschweißen zur Erzeugung umformbarer Mischverbindungen’, gemeinsam mit dem Institut für Dynamik und Schwingungen (IDS), und das Teilprojekt A04 ‘Lokale Anpassung von Werkstoffeigenschaften an Umformrohlingen durch Auftragschweißen zur Erzeugung gradierter hybrider Bauteile’, gemeinsam mit dem Institut für Werkstoffkunde (IW).
Der SFB hat im Juli 2015 die Arbeit aufgenommen. Die 3. Förderperiode läuft über 4 Jahre und beginnt im Juli 2023. Er wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unter dem Förderkennzeichen 252662854 gefördert.
Mehr Informationen zum Sonderforschungsbereich 1153 gibt es auf den Seiten der Leibniz Universität Hannover.
Quelle und Bild: www.lzh.de
