Im Bereich der Dickblechfertigung setzen Hersteller oft das Unterpulverschweißen ein, um die Anzahl der Schweißraupen zu reduzieren – eine seit Jahrzehnten etablierte Technik. Varianten wie das Tandem-Unterpulverschweißen können die Abschmelzleistung erhöhen, und das Laserstrahlschweißen etabliert sich als neue Option. Auf der Jahrestagung des Internationalen Schweißverbandes (IIW) 2024 in Griechenland präsentierte Michael Clemens vom Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen eine neue Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnik, die das Potenzial hat, die Branche zu verändern.
Die Technik, genannt Laserstrahl-Tandem-Unterpulver-Hybridschweißen oder LUPuS-Tandem, geht auf Forschungsarbeiten von Dr. Simon Olschok aus dem Jahr 2004 zurück. Der aktuelle Aufbau kombiniert einen Festkörper-Scheibenlaser mit einer Tandem-Unterpulverschweißanlage mit zwei Elektroden. Sie vereint die Vorteile des Unterpulverschweißens – hohe Montagetoleranzen und langsames Abkühlen – mit der Geschwindigkeit und hohen Einschweißtiefe des Laserschweißens. „Als wir die Blechdicke auf 6 und 8 Millimeter erhöhten, nahm der hybride Charakter des Prozesses zu“, erklärt Clemens. Bei 8 Millimetern sei die Schweißnahtstruktur besser durchmischt und der Prozess zeige eine hohe Robustheit gegenüber Störungen durch das Schweißpulver.
Das Team testete die Technik an 40 Millimeter dicken Platten aus der hochfesten Feinkornbaustahl-Sorte S355. Mit einem 16-Kilowatt-Laser und zwei Unterpulverschweißstromquellen à 1000 Ampere wurde mit einer Schweißgeschwindigkeit von 0,6 Metern pro Minute gearbeitet. Die Technik schaffte es, 40 bis 50 Millimeter Material mit nur zwei Schweißraupen zu verbinden, wobei eine Schicht-für-Schicht-Technik (Layer/Back-Layer) zum Einsatz kam. Für das einseitige Schweißen einer 26 Millimeter dicken Platte nutzte das Team ein magnetisches Wurzelsicherungssystem der Firma WeldNova GmbH, um Durchbrennen zu verhindern und vollständige Durchschweißung zu erreichen. Clemens merkt an: „Mit dieser Wurzelsicherungstechnik können wir diese 26-Millimeter-Platte mit nur einer einzigen [Schweißraupe] schweißen.“
Das kommerzielle Potenzial der Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnik ist groß, etwa für Anwendungen in der Windenergiebranche, wo sie die Effizienz beim Dickblechschweißen erheblich steigern kann. Clemens beschreibt: „Wir können bis zu 50 oder 60 Millimeter – oder sogar mehr, je nach verfügbarer Laserleistung – in nur zwei Schweißraupen schweißen.“ Diese Innovation eröffnet neue Möglichkeiten für den Schwermaschinenbau und könnte die Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnik zu einem Schlüsselverfahren der Zukunft machen.
