Laserstrahlschweißen im Vakuum – Vermeiden von Bauteilverschmutzung und Oxidation beim Schweißen korrosionsbeständiger Stähle und Refraktärmetalle

Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) bietet im Vergleich zum konventionellen Laserstrahlschweißen an Atmosphäre deutliche Vorteile im Hinblick auf die erreichbare Einschweißtiefe. Dennoch ist aufgrund von ungewünschten Oberflächenbelegungen häufig eine Nacharbeit der Bauteile erforderlich. Die Ursachen dieser oberflächlichen Belegungen wurden bisher noch nicht tiefergehend untersucht. Dies führt dazu, dass es trotz der hohen erreichbaren Einschweißtiefen und den ausgezeichneten inneren Nahtqualitäten häufig noch Vorbehalte innerhalb der Industrie gibt, was Anwendungsmöglichkeiten vom LaVa-Schweißen anbelangt. Im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsprojekts wurde daher ein analytischer Ansatz gewählt, um die Ursachen für die Bauteilkontamination zu identifizieren und Lösungsansätze zu erarbeiten, damit die resultierende Kontamination minimiert bzw. idealerweise gänzlich vermieden werden kann. Dazu wird dem LaVa-Prozess, als zusätzlicher Stellhebel für einen möglichen Optikschutz und zur Abschirmung des Schweißbereichs vor der Rest-Atmosphäre, ein inertes Schutzgas zugeführt. Um die Wechselwirkung zwischen dem zugeführten Schutzgas und den freigesetzten Prozessemissionen zu veranschaulichen, wurden die resultierenden Prozessströmungen mithilfe von der Schlierentechnik visualisiert und mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde ein Prozessmodell der resultierenden Prozessströmungen mithilfe der Simulationssoftware Ansys erarbeitet. Die so visualisierten Strömungen bzw. die Strömungsführung können im Strömungsmodell optimiert werden, um durch ein gezieltes Führen bzw. Ausnutzen der Prozessströmungen Einfluss auf die Nahtqualität zu nehmen. Die generierten Erkenntnisse und Erfahrungen werden im Realversuch validiert, um nachzuweisen, dass sich die resultierende Bauteilverschmutzung in Form von Oberflächenbelegungen beim LaVa-Schweißen für nichtrostende Stähle und Refraktärmetalle reduzieren lässt.