Transport und Energie sind Wachstumsbranchen. Zur Bearbeitung von Windkraftanlagen, Pipelines und sicheren Transportbehältern bedarf es Fügeverfahren, mit denen große und dickwandige Bauteile mit kurzen Produktionszeiten bearbeitet werden können. Die Kombination der Werkzeuge Laser und Lichtbogen zu einem gemeinsamen Schweißverfahren bietet wirtschaftliche Vorteile. Die Entwicklung brillanter Laser im Multikilowattbereich lässt zukünftig den Einsatz der hybriden Laser-Lichtbogenverfahren bei größeren Blechstärken erwarten.

Aufbau für Laser-Hybridschweißversuche mit einem 20-kW-Faserlaser im Laserlabor der BAM Foto: BAM.

Im Schiffbau wird der CO2-Laser bereits seit langem eingesetzt, um flache Dickbleche miteinander zu verbinden. Aufgrund der für den Laser typischen Schmelzbäder geringer Ausdehnung können nur geringe Trennspalte gefügt werden. Das Schweißen von geformten Bauteilen wie z. B. Pipeline-Segmenten erfordert jedoch neue Freiheitsgrade des Prozesses.

Um Lasermaterialbearbeitung vorzustellen und zu diskutieren, veranstaltete die BAM Bundesanstalt für Materialforschung  und -prüfung gemeinsam mit dem Laserverbund Berlin-Brandenburg e.V. am 25. November 2008 in der BAM einen Workshop zum Thema "Laser für die Makromaterialbearbeitung". Klar wurde die Tendenz: die Kombination von Laser und Lichtbogen zu einem gemeinsamen Schweißverfahren bringt Vorteile.

Durch Beifügen von flüssigem Zusatzmaterial kann außerdem der Lichtbogen als idealer Partner für den Laser zum Schweißen größerer Spalte eingesetzt werden. Die hohe Schweißgeschwindigkeit des Lasers kann beibehalten werden. Mit der Entwicklung neuer brillanter Laser im Multikilowattbereich wird zukünftig der Einsatz der hybriden Laser-Lichtbogenverfahren bei größeren Blechstärken möglich. Mit fasergeführten Lasern wird beim Hybridschweißen eine umfassendere Flexibilität erreicht. So ist ein Eintauchen in ein dreidimensionales Bauteil durch robotergeführte Bearbeitungsköpfe Stand der Technik. Die Wachstumsbranchen Transport und Energie sind Märkte der hierfür benötigten Hochleistungslaser. Gerade zum Bau von Windkraftanlagen und Pipelines werden  Fügeverfahren benötigt, mit denen große Bauteile bearbeitet werden können und die gleichzeitig wirtschaftlich kurze Produktionszeiten gewährleisten.

Die technischen Eigenschaften der produzierten Bauteile lassen sich durch angepasste Parameter des Hybridprozesses in physikalischen Grenzen nach Belieben einstellen, wobei Stahlwerkstoffe bis hin zur höheren Festigkeit schweißbar sind.  Somit werden z.B. im Nutzfahrzeugbau  gewichtsoptimierte Schweißkonstruktionen möglich, die eine Erhöhung der Zuladung zulassen, ohne die erlaubten Achslasten zu überschreiten. In enger Kooperation mit der Industrie und Universitäten werden zahlreiche geförderte Forschungsarbeiten zur Weiterentwicklung von Laserstrahl- und Hybridschweißverfahren durchgeführt. So werden beispielsweise in der Fachgruppe V.5 Sicherheit gefügter Bauteile der BAM Laserstrahl- und Hybridschweißverfahren im Bezug auf Sicherheit der geschweißten Verbindungen geprüft und weiterentwickelt, um Zusammenhänge zwischen dem Prozess, der Konstruktion und dem Werkstoffverhalten zu erkennen und Strategien zur Herstellung qualitätsgerechter Schweißungen entwickeln zu können.

In diesem Zusammenhang wird ein 20-kW-Faserlaser und zukünftig ein 16-kW-Scheibenlaser zur Qualifizierung von Laserstrahl- Hybridschweißverfahren im Dickblechbereich bis ca. 20 mm eingesetzt. Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet zielen vor allem auf Anwendungen im Pipeline-Bau oder im Schiffbau ab. Die Schweißeignung hoch- und niedriglegierter Stähle sowie Titan- und Nickelbasislegierungen wird geprüft und Mechanismen der Heißrissentstehung beim Laserstrahl- und Hybridschweißen untersucht. Diese eigenen Forschungsarbeiten der BAM und die Kooperation mit anderen kompetenten Forschungsinstituten sind die Basis für die mögliche sicherheitstechnische Bewertung.