Laserschweißen – Karosseriebau

Laserschweißen ist ein Schmelz-Verbindungsschweißen durch Einsatz eines Laserstrahls. Die Prozessenergie wird – im Gegensatz zum Lichtbogenschweißen – durch elektromagnetische Laserstrahlung ohne Berührung des Werkstücks eingebracht, vom Material absorbiert und in thermische Energie umgewandelt. Die zu fügenden Materialien werden aufgeschmolzen und eine Schweißnaht entsteht. Die Zugänglichkeit zur Schweißstelle ist nur für eine Seite erforderlich.

Die Führung des Laserstrahls erfolgt beim Remote-Laserschweißen über schnell bewegliche Spiegelsysteme im Scanner, die den Strahl zielgenau an die zu schweißende Stelle bewegen und den Laserstrahl auf die Werkstückoberfläche fokussieren. Simultan hierzu bewegt der Roboter den Scanner kontinuierlich über das Bauteil. Auf diese Weise werden Verfahrzeiten zwischen den Schweißnähten stark minimiert, Taktzeiten reduziert und die Teileausbringung entsprechend erhöht.

Der Begriff »Remote« steht für »Distanz« und beschreibt den Vorteil, dass der Laserstrahl aus einer Entfernung von mindestens 300 mm bis zu 1.000 mm und mehr – die sogenannte Fokussierbrennweite – zum Bauteil geführt werden kann. Der positive Effekt dabei ist, dass mit jedem zusätzlichen mm Abstand zwischen dem Remote-Bearbeitungskopf und dem Bauteil der Verschleiß der Komponenten abnimmt. Weitere Vorteile liegen in der besseren Zugänglichkeit zum Werkstück sowie den geringeren Störkonturen wie auch stark minimierten Kollisionsgefahren zwischen Optik und Laserschweißanlage. Im Gegensatz zum konventionellen Laserschweißen muss die Optik nicht zeitaufwendig zwischen den einzelnen Schweißaufgaben positioniert werden.

Beim Laserschweißen von Body-in-white-Fahrzeugteilen liegt besonderes Augenmerk auf deren Festigkeit. Damit diese erforderliche Festigkeit garantiert werden kann, müssen beim Schweißen von Türen, Sitzbaugruppen sowie Batteriekästen einige Aspekte beachtet werden. Diese sind im Folgenden aufgeführt.

Beim Schweißen von Fahrzeugtüren wird immer häufiger das Kehlnahtschweißen eingesetzt. Hierfür muss der Laserstrahl bei Stahl wie auch bei Aluminium hochpräzise und mit nur wenigen Zehntel Millimetern zulässiger Abweichung geführt werden. Wichtig ist hierbei auch, mögliche Spalte zwischen den Fügeparametern zu ermitteln und mithilfe einer adaptiven Parameteranpassung zu überbrücken.

Sitzbaugruppen sind sehr schweißintensiv, besitzen viele Überlappnähte und müssen in kurzen Taktzeiten geschweißt werden. Dies gelingt nur durch das Entkoppeln der Roboterbewegungen von den Schweißbewegungen. Hochdynamische Scannersysteme ermöglichen es, den Laserstrahl schnell und exakt reproduzierbar zu positionieren.

Auch Batteriekästen sind Teil der Karosseriestruktur und müssen gleichzeitig leicht gebaut und trotzdem sehr stabil sein. Aluminiumlegierungen mit hohen Festigkeitsgraden entsprechen diesen Vorgaben, doch sind diese Materialzusammensetzungen sehr herausfordernd beim Schweißen: Einen besonders kritischen Moment stellt hier das Erstarren der Schweißnaht dar. Zu diesem Zeitpunkt muss die Bildung von Rissen reduziert werden. Eine exakt passende statische oder dynamische Strahlformung ist hierfür die Lösung.

Schweißt man mit einer konventionellen Festoptik ohne Scannerspiegel viele kurze Nähte an unterschiedlichen Positionen, muss jede zu schweißende Stelle angefahren und darüber gestoppt werden. Bei der On-the-fly-Technik fährt der Roboter die Scanneroptik in kontinuierlicher Geschwindigkeit und mit Abstand in einer linearen Bahn am Werkstück entlang. Durch die Spiegelsysteme wird der Laserstrahl schnell und präzise an die zu schweißenden Stellen bewegt. Mit dieser On-the-fly-Technik gelingt es, unproduktive Nebenzeiten massiv zu reduzieren.

Das On-the-fly-Schweißen mit seinen kurzen Zykluszeiten wird mithilfe der leistungsstarken SCU (ScanControlUnit) ermöglicht, die die Bewegungsabläufe zwischen Scan-System und Industrieroboter synchronisiert und die Energiequelle Laserstrahl optimal nutzt. Der Programmierungsprozess am Bauteil wird zusätzlich durch die Möglichkeit der Offlineprogrammierung unterstützt. Auf diese Weise kann bereits am PC eine Optimierung der Bahn- und Zykluszeit vorgenommen werden.

• Hochflexibel beim Bearbeiten von Stahl- und Aluminiumwerkstoffen
  • Laserstrahloszillation und Spaltüberbrückungsalgorithmen garantieren eine höhere Prozesssicherheit
• Zuverlässig beim Setzen präziser Schweißnähte bei geringen Taktzeiten
  • On-the-fly-Technologie und Offline-Bahnprogrammierung ermöglichen einen taktzeitoptimierten Laserschweißprozesse
• Wirtschaftlich beim Reproduzieren der Nahteigenschaften
  • OCT-Verfahren unterstützt Nahtführung, Spaltmessung und Bestimmung der Nahttopologie