Dicke Bleche für leichte Schiffe: Stahl an Aluminium laserschweißen

In Zeiten knapper werdender Ressourcen ist es auch im Schiffbau wichtig, den Kraftstoffverbrauch zu senken, sowie den Kohlenstoffdioxid-Ausstoß und damit die Belastung für die Umwelt zu verringern.

Dafür werden bereits Bauteile aus gewichtsreduzierenden Stahl-Aluminium-Verbindungen gefertigt: etwa der Schiffsrumpf aus Stahl und die Aufbauten aus Aluminium. Solche Hybridwerkstoffkombinationen senken zudem den Schwerpunkt des Schiffs und stabilisieren es damit. Verbunden werden die unterschiedlichen Metalle zurzeit über ein Adapterstück. Dieses wird durch Sprengplattieren, ein aufwendiges und kostenintensives Fügeverfahren, hergestellt.

Stahl direkt an Aluminium verbinden

Dieses Adapterstück wollen die Wissenschaftler und Industriepartner des Verbundprojekts LaSAAS ersetzen. Hierfür arbeiten die Systemhersteller Precitec GmbH & Co. KG, Scansonic MI GmbH und TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH zusammen mit dem LZH an einem Laserbearbeitungskopf mit Einschweißtiefenkontrolle.

Mit diesem wird am LZH ein Laserstrahlschweißprozess unter Laborbedingungen entwickelt, der anschließend mit der LASER on demand GmbH getestet wird. Anschließend wird der Prozess bei den Halbzeugherstellern Druckguss Service Deutschland GmbH und Hilbig GmbH sowie den Werften Fr. Lürssen Werft GmbH & Co. KG und MEYER WERFT GmbH & Co. KG in die Anwendung übertragen. Begleitend wird das Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) die Schwingfestigkeit der erzeugten Verbindungen, insbesondere unter dem Einfluss von korrosiven Medien, prüfen.

Einschweißtiefe kontrollieren

Grundsätzlich entstehen beim thermischen Fügen von Stahl an Aluminium spröde intermetallische Phasen, sodass es unter Belastung zu einem frühzeitigen Versagen der Verbindungen kommt. Die Eigenschaften der Schweißnähte lassen sich jedoch durch das Mischungsverhältnis der Metalle beziehungsweise die Einschweißtiefe optimieren. Die Verbundpartner wollen daher die Einschweißtiefe mittels einer Analyse der spektralen Prozessemissionen und der Kurzkohärenz-Interferometrie einstellen.

Bei erfolgreicher Entwicklung kann der Prozess natürlich auch für andere großbauteilige Branchen, etwa für den Waggon- oder den Nutzfahrzeugbau, interessant werden.

Gefördert wird das Verbundprojekt „Laserstrahlschweißen von Stahl an Aluminium für die Anwendung im Schiffbau“ (LaSAAS) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter der fachlichen Betreuung vom Forschungszentrum Jülich GmbH (PTJ).