Laserschweißen als Innovationsmotor

Kann ein Laser inmitten stampfender Maschinen präzise schweißen? Der Prototyp eines neuen Laserschweißgeräts, entwickelt von einem internationalen Forscherteam, hat jetzt den Härtetest bestanden: Bei den Firmen INTEGASA und ENSA, die in Spanien Wärmetauscher für die Schwerindustrie produzieren, hat er sich unter den harten Bedingungen des Werksalltags als präzise und zuverlässig erwiesen.

»Wenn es um Lasertechnik geht, waren die Hersteller von Wärmetauschern bisher skeptisch«, weiß Patrick Herwig vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden. Traditionell setzt man in der Fertigung WIG-Schweißpistolen ein, um die gelochten Rohrböden mit Tausenden von Rohren zu verschweißen.
Dieses Verfahren, das auf Lichtbogentechnik basiert, ist jedoch sehr zeitaufwändig: Die Pistole muss von Hand in jedes Loch hineingeschoben und nach dem Schweißen wieder herausgezogen werden. Der Fertigungsprozess ist daher langwierig und teuer. Die europäischen Hersteller können sich heute kaum noch gegen die Konkurrenz aus Billiglohnländern behaupten. Eine kostengünstige Alternative haben Materialforscher, Softwarespezialisten und Produktionstechniker zusammen mit einer Reihe von Anwendern im EU-Projekt Orbital gesucht und gefunden.

Technik für höchste Anforderungen

Statt der herkömmlichen WIG-Schweißpistole erledigt ein Laser den Job – schnell, präzise und punktgenau werden Grundplatte und Rohr aneinander geschweißt. Schon nach wenigen Sekunden ist das Rohr rings herum angeschweißt und der Roboterarm, der den Bearbeitungskopf transportiert, kann das nächste Loch ansteuern. Der Bearbeitungskopf ist dabei so konstruiert, dass er sich in die Löcher einspreizt und dort so fest sitzt, dass nicht einmal Erschütterungen des Bodens den Schweißprozess stören.
Für die präzise Steuerung des Lichtstrahls sorgen Spiegel, die über eine Software ständig in die richtige Position gebracht werden. Zwei Jahre haben Ingenieure und Anwender aus Italien, Spanien, Frankreich und Deutschland getüftelt, um den Prozess zu optimieren. »Der Prototyp, den wir jetzt auf der LASER 2013 zeigen, erleichtert die Produktion von Wärmetauschern, weil er nicht nur schneller, sondern auch flexibler ist: Er kann sogar Materialien verschmelzen, die bisher als schwer schweißbar galten«, so Herwig, der im EU-Projekt für Design und Erprobung des Schweißkopfes zuständig war.

Gerade die exotischen Material-Kombinationen sind bei der Herstellung von Wärme-tauschern gefragt. Diese müssen in der Praxis extremen Bedingungen standhalten: In der chemischen Industrie, in Schiffsmotoren oder Kraftwerken beispielsweise nutzt man Wärmetauscher, um heißen, aggressiven Lösungen Wärme zu entziehen. Die Rohre, durch die sie geschickt werden, müssen daher korrosionsbeständig sein. Die Flüssigkeit im Tank jenseits der Rohre, die die Wärme aufnimmt, ist jedoch chemisch neutral. Hier lassen sich kostengünstige Materialien einsetzen.

Wo Tank und Rohre aufeinander stoßen, gilt es die unterschiedlichen Werkstoffe zu verbinden: »Klassische Schweißtechnik stößt hier an ihre Grenzen, mit dem Laser lässt sich die Aufgabe jedoch bewältigen«, sagt Herwig. Der Forscher ist zuversichtlich, dass sich die Produktion mit Laserschweißen soweit optimieren lässt, dass europäische Unternehmen international konkurrenzfähig bleiben.