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Schiffbau Ahoi Laserschweißen bringt solide Stahl-Aluminium-Teile für Schiffe

Quelle: Fraunhofer-LBF 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
KOHLER Maschinenbau GmbH
Schages GmbH & Co.KG
VdLB Verband deutscher Laseranwender - Blechbearbeitung e.V.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens „FOLAMI“ haben Forscher am Fraunhofer-LBF dickwandige Stahl-Aluminium-Verbindungen mit dem Laser prozesssicher geschweißt.

Wie viel halten per Laser geschweißte Stahl-Aluminium-Verbindungen für den Schiffbau aus? Dieser Frage ist man am Fraunhofer-LBF nachgegangen. Hier etwa ein Test zum Thema Schwingfestigkeit, wobei auch die digitale Bildkorrelation eine Rolle spielt.(Bild: Fraunhofer-LBF)
Wie viel halten per Laser geschweißte Stahl-Aluminium-Verbindungen für den Schiffbau aus? Dieser Frage ist man am Fraunhofer-LBF nachgegangen. Hier etwa ein Test zum Thema Schwingfestigkeit, wobei auch die digitale Bildkorrelation eine Rolle spielt.
(Bild: Fraunhofer-LBF)

Im Schiffbau, insbesondere wenn es um Yachten geht, finden Multimaterialkomponenten aus Aluminium und Stahl derzeit verbreitet Einsatz, registrieren die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF). Das Leichtmetall Aluminium kann dazu etwa mit den konventionell verarbeiteten Stahlwerkstoffen kombiniert werden – beispielsweise zum Fügen des Aluminiumdeckaufbaus mit dem Stahlrumpf. Diese Art von Stahl-Aluminium-Mischverbindung wurde bisher nur über explosionsgeschweißte Adapter erreicht. Doch das Laserstrahlschweißen kann dafür als recht neuartiges Schweißverfahren als Alternative herangezogen werden, so die Forscher. Sie erzeuge form- und stoffschlüssige Verbindungen mit deutlich verbesserten Festigkeiten – insbesondere unter Kopfzugbelastung. Im Verbundprojekt „Formschlüssiges Laserstrahlschweißen der Mischverbindung aus Stahl und Aluminium für betriebsfeste Halbzeuge im Schiffbau“ („FOLAMI“) lieferte das LBF begleitend zur Schweißprozessentwicklung mit numerischen Belastungssimulationen zur Optimierung der Schweißnahtgeometrien und Schweißprozessparameter einen maßgeblichen Beitrag, wie man betont.

Stahl-Aluminium-Fügewissen für Schiffe ist übertragbar

Im Rahmen des Teilvorhabens lag der Fokus beim LBF auf der Entwicklung einer Methode zur Bewertung der per Laser geschweißten Stahl-Aluminium-Verbindungen. Auch sollte die Tauglichkeit durch einen geschweißten Adapter untersucht werden. Dazu wurde die lokal anwendbare Peak Stress Method entwickelt und speziell auf den Anwendungsfall mithilfe der digitalen Bildkorrelation zum Dehnungsabgleich übertragen und eine lokale Schwingfestigkeitsbewertung abgeleitet. Die experimentellen Ergebnisse zeigten neben gesteigerten Ermüdungsfestigkeiten des entwickelten Adapterhalbzeugs hohe Zugfestigkeiten, die nahe an den Dehngrenzen des Aluminiumreferenzwerkstoffs EN AW-5083 liegen, was auf die Effektivität des Stoff- und Formschlusses hinweise. Der neu entwickelte Bewertungsablauf sieht außerdem vor, die sich einstellenden Schweißnahtparameter, wie etwa die Anbindungsbreite oder die Einschweißtiefe der Laserstrahlschweißnaht von EN AW-6082 T6 Aluminium in S355 Stahl, mit der nach der Peak Stress Method abgeleiteten und experimentell verifizierten Schwingfestigkeit zu korrelieren. Als Erweiterung der Datenbasis im Vergleich zu den Versuchsergebnissen gab es Parametervariationen der Schweißnahtgeometrien und Finite-Elemente-Belastungssimulationen. Diese dienten zur Ableitung von Peak Stresses, die, unterteilt in einen Trainings- und Testdatensatz, zur Prognose der Lebensdauer mit einem neuronalen Netzwerk – also mithilfe künstlicher Intelligenz – genutzt werden können. Von Vorteil ist, dass man diese Erkenntnisse auch auf andere Konstruktionen dieser Art übertragen kann, wie es abschließend heißt.

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