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Feuerverzinkte Bleche laserlöten: Schöne Naht dank Kupferdraht

| Autor/ Redakteur: Yvonne Gürtler / Frauke Finus

Wenn die Fügenaht fest und trotzdem praktisch unsichtbar sein soll, setzt die Autoindustrie aufs Laserlöten – in Zukunft auch bei feuerverzinkten Blechen. Doch wie umgehen mit der eher ungleichmäßigen Beschichtung solcher Bleche? Ein Projektteam bei Trumpf hat die Herausforderung erfolgreich gemeistert.

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Im Gegensatz zum Schweißen schmilzt der Laser beim Löten das Grundmaterial nicht auf. Stattdessen wird es vom Füllmaterial lediglich benetzt. Die beiden Fügepartner verbinden sich so auf Mikroebene. Das ist ein wichtiger Faktor, denn ein Verschmelzen beider Materialien würde die Korrosionsanfälligkeit erhöhen.
Im Gegensatz zum Schweißen schmilzt der Laser beim Löten das Grundmaterial nicht auf. Stattdessen wird es vom Füllmaterial lediglich benetzt. Die beiden Fügepartner verbinden sich so auf Mikroebene. Das ist ein wichtiger Faktor, denn ein Verschmelzen beider Materialien würde die Korrosionsanfälligkeit erhöhen.
( Bild: Trumpf )

Wenn nichts zu sehen ist, sind alle glücklich: Verbindungsnähte an Heckklappe, Wasserkanal und Fahrzeugdach müssen halten, ansonsten sollen sie aber nicht auffallen. So wollen es die Automobilhersteller und ihre Kunden. Wellige und ausgefranste Nähte sind ein Tabu, perfekte Übergänge das Nonplusultra. Während im Karosseriebau das Schweißen meist die Oberhand hat, scheidet es bei Teilen, die später am fertigen Fahrzeug im Sichtbereich sind, aus. Das Verfahren erfüllt die optischen Anforderungen nicht – zu dick, wellig und fransig sehen die Schweißnähte aus.

Für diese Aufgaben hat sich das Laserlöten seinen festen Platz in der Automobilfertigung erobert. Denn es schafft, was beim Laserschweißen nicht möglich ist: feste Nähte, die später keiner mehr sieht. Beim Laserlöten erhitzt ein Festkörperlaser das Füllmaterial – in der Regel einen Kupfer basierten Draht – auf mehr als 900° C und damit über seinen Schmelzpunkt. Das weiche Material verteilt sich gleichmäßig im Fügespalt, es benetzt das Grundmaterial und verbindet die beiden Teile nach dem Abkühlen miteinander. Durch das gleichmäßige Ausfließen des Kupferdrahts ist die Naht später kaum zu sehen.

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Im Gegensatz zum Schweißen schmilzt der Laser beim Löten das Grundmaterial nicht auf. Stattdessen wird es vom Füllmaterial lediglich benetzt. Die beiden Fügepartner verbinden sich so auf Mikroebene. Das ist ein wichtiger Faktor, denn ein Verschmelzen beider Materialien würde die Korrosionsanfälligkeit erhöhen. Außerdem mindert es die optische Qualität der Nähte.

Bewährtes Verfahren, neue Herausforderungen

Automobilbauer weltweit favorisieren das Verfahren aber nicht nur wegen der schönen Nähte. Mit seiner guten Spaltüberbrückung, der geringen Wärmeeinbringung und hohen Festigkeit der Nähte punktet es ebenfalls. Beim Zugversuch reißt eher das Grundmaterial als die Naht. Das liegt am Fülldraht – in der Regel ein CuSi3-Draht. Der hat einerseits eine Schmelztemperatur unterhalb von Stahl und lässt sich gut in den Fügespalt einbringen, andererseits besitzt er aber auch eine hohe Festigkeit. Des Weiteren ist das Laserlöten ein schnelles Verfahren: die OEM arbeiten bei Standardanwendungen aktuell mit Prozessgeschwindigkeit zwischen 1,8 und 4 m. Das Laserlöten hat also seinen festen Platz in der Automobilindustrie. Neue Materialien bringen momentan aber neue Herausforderungen mit sich: Feuerverzinkte Bleche stehen im Karosseriebau derzeit hoch im Kurs und werden auf absehbare Zeit wohl die bisher verwendeten, elektrolytisch verzinkten Bleche ablösen. Denn sie sind korrosionsbeständiger, günstiger und weltweit besser verfügbar.

Da aber die Feuerverzinkung eine weniger gleichmäßige Beschichtung ist, wird das erklärte Ziel des Laserlötens – eine nach der Lackierung nicht mehr sichtbare, poren- und spritzerfreie Naht – erschwert. Mit der Lösung beschäftigte sich ein Projektteam bei Trumpf. Für die Tests kamen ein Scheibenlaser mit sechs Kilowatt Leistung und eine adaptive Laserbearbeitungsoptik mit integrierter Nahtführung zu Einsatz.

Ein Kniff brachte die Lösung – die Formung des Laserstrahls. Die Entwickler teilten den Laserstrahl in drei Teilstrahlen mit unterschiedlichen Durchmessern und Leistung auf. Die kleinen Fokuspunkte spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie bereiten das Blech vor, indem sie die Zinkbeschichtung entfernen und das Grundmaterial vorwärmen. So läuft beim folgenden Lötprozess alles glatt und das feuerverzinkte Blech lässt sich ohne Spritzer und Poren fügen – und das mit Lötgeschwindigkeiten von aktuell bis zu 4,5 m pro Minute.

Trumpf auf der Euroblech 2016: Halle 11, Stand B94 und Halle 11, Stand B48

Weitere Meldungen zur Euroblech finden Sie in unserem Special.

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