Lasergestützte Fügeverfahren im Automobilbau

Transkript

1 Internationaler ETG-Kongress2003 Lasergestützte Fügeverfahren im Automobilbau Dr.-Ing. J. Bunte

2 - Laserstrahlfügen - Schlüsseltechnologie im Fahrzeugbau

3 Gliederung Einleitung Charakteristika des Laserstrahlchweißens Anwendungsbeispiel - Laserstrahlschweißen Anwendungsbeispiel - Laserstrahllöten Zusammenfassung

4 Gründe für den Lasereinsatz hohe Flexibilität für Werkstoffe, Verfahren, Geometrien hohe Prozessgeschwindigkeiten hohe Produktivität vollständige Automatisierbarkeit (CA-Techniken) Liniennähte hohe Steifigkeit Leichtbaupotential geringer Wärmeeintrag geringer Bauteilverzug hohe Qualifikation der MA notwendig (Standortvorteil)

5 Verfahrensprinzip des Laserstrahlschweißens Prinzip: Laserstrahl Plasmabildung Dampfkapillare Schmelze Schweißnaht 6 mm Geringe Wärmeeinflusszone WEZ Hohe Einschweißtiefen Schmale Schweißnähte Laserschweißnaht, (S 235)

6 Laserstrahlschweißen eines Stahl-Leichtbaurades Werkstoffe: DP 600 und S235 J2 G3 Laser: 6kW CO 2 -Laser Schweißbedingungen: kurze T 8/5 -Zeit Vermeidung der C-Diffusion Stoßgeometrie: I-Naht und Kehlnaht

7 Karosserie-Leichtbau mit laserstrahlgeschweißten Tailored Blanks Tailored Blanks: Maßgeschneiderte Blechplatinen mit belastungsangepasster Blechdicke und Festigkeit t = 0,7mm R e = 210 MPa t = 1,3 mm R e = 280 MPa t = 1,5 mm R e = 350 MPa t = 0,9 mm R e = 280 MPa t = 1,7 mm R e = 350 MPa Lasergeschweißte Platine mm x mm Walzrichtung Fertige Seitenwand einschließlich des hinteren Kotflügels

8 Systemanforderungen Laserleistung und Strahlqualität passend zur Applikation Strahlqualität [mm mrad] Schneiden Hartlöten Schweißen High-speed Löten High-speed Schweißen, höhere Blechdicken, Aluminiumschweißen Laserleistung [W] Exp. System Diodengepumpt Lampengepumpt Diodenlaser

9 Systemtechnik Laserbearbeitungsanlage mit flexibler Strahlführung Strahlquelle 1 Laserlichtkabel Strahlweiche Koppler für Laserlichtkabel Bearbeitungsoptik Führungsmaschine Strahlquelle m 5-10 m

10 Laserstrahlschweißen Laserstrahlschweißen der Verbindung Dach/Seitenteil Laser-Strahlkegel Sensor-Blickfeld Nahtführungssensor Andruckrolle Dach Das Dach wird auf das Seitenteil aufgelegt und an der Kehlnaht sensorgeführt verschweißt Seitenteil außen Seitenteil innen Dach Seitenteil

11 Laserstrahlfügen am Beispiel Golf A4 Laserstrahlschweißen am Dachkanal - Golf A4

12 Laserstrahlschweißen Dachnaht

13 Laserstrahleinsatz beim VW POLO Laserstrahllöten : Dach/ Seitenteilverbindung Laserschweißen : A-Säule und Radhaus Laserschweißen: Seitenteil mit Unterboden

14 Laserstrahllöten - Dach/Seitenteil Dach-Seitenteilverbindung mit Nullfuge Laser Lötdraht Sauger Spanntechnik F Dach Seitenteil Vo rrichtungs- u nd Werkzeugbau Quellen : VOLKS WAGEN AG, WOL FSBU RG

15 Technische Problemstellungen - Schweißen von verzinkten Blechen - Zink verdampft bei 907 C - Zinkdampf entweicht aus der Schmelzzone - Partieller Schmelzauswurf Möglichkeit zur Zinkentgasung konstruktiv oder verfahrenstechnisch vorsehen Kehlnaht am Überlappstoß Variation Kehlnaht am Schrägstoß 3mm 3mm

16 Technische Problemstellungen - Schweißen von verzinkten Blechen - I-Naht am Überlappstoß Möglichkeiten der Zinkentgasung: Zinkentgasung - 'Keyhole' (Voraussetzung: Durchschweißung) -'Spalt' ausreichende Zinkentgasung nicht gegeben fehlerhafte Nähte bei 'Nullspalt' 3mm 3mm

17 Technische Problemstellungen - Schweißen von verzinkten Blechen - Lösungsmöglichkeit: Einprägen von Noppen zur Spalteinstellung

18 Technische Problemstellungen - Schweißen von verzinkten Blechen - Beispiele: zu großer Spalt keine Verbindung mit dem Unterblech

19 Laserstrahlschweißen von Mg Schweißen von Magnesium-Strangpressprofilen (AZ31) Laserschweißung K-EVZK/3 Step-Nähte Wurzelstütze für Schweißbad Schweißnahtprüfung i.o. Laserschweißung ohne Zusatzwerkstoff, (Festigkeit geschweißtes Bauteil: 100 Mpa / Grundwerkstoff: 130 Mpa)

20 Laserstrahlschweißen von Mg Schweißverfahren im Vergleich Leistung

21 Einsatzmöglichkeit von Magnesium- Bauteilen: Space-frame in der Zukunft? Bilder: Audi AG Profile werden durch Laserstrahl geschweißt Schweißen der Druckgussschalen (MIG, Laser mit Draht oder Hybrid) Crash-bumper geschraubt

22 3D-Roboter-Handhabungssystem zum PKW-Dachnahtschweißen mit CO 2 -Lasern Quelle: Kuka Quelle: Michels

23 3D-Handhabungssytem zum PKW- Türschweißen (Remote Laser Welding System) Quelle: Rof insinar

24 Flexibilitätssteigerung des Lasereinsatzes durch mobile Handlasersysteme Warum Handlaser? Keine aufwendige Programmierung Kostenminimierung für Kleinserienund Einzelteilfertigung Bearbeitung von Großbauteilen Vorort-Einsatz Entwicklung von Handlasersystemen für die Laserstrahlmaterialbearbeitung

25 Handgeführtes Laserstrahlschweißen von PKW-Türen

26 Lasereinsatz bei Volkswagen Start Dachnaht Dachnaht Dachnaht Heckklappe Dachnaht Heckklappe Schweller Seitenteil B-Säule Dachnaht Heckklappe Schweller Seitenteil B-Säule

27 Meter [m] Laserstrahleinsatz - Perspektiven Übersicht - Länge der Laserfügeverbindung Golf Bora... Aluminium- Türen Phaeton Golf A04 SUV Neue Modelle Plattform Türen Kasten Seitenteil Untergruppen Seitenteil Außen Heckklappe Dach/Seitente il-verbindung

28 Weltweiter Lasereinsatz Laseranlagen Europa Deutschland 42 Nordamerika Mexiko Belgien 1 Slowakei 4 Spanien 10 Tschechien 5 Asien 53 China Thailand Südamerika Brasilien Afrika 12 Südafrika per year all Quelle : Vorrichtu ngs- und Werkzeugbau VOLKSWAGEN AG, WOLFSBURG

29 Zusammenfassung Hohe Prozessgeschwindigkeiten Flexible Strahlführung Variable Stoßformen Erhöhung von Karosseriesteifigkeit- und festigkeit Leichtbaupotenzial - Form-/Stoffleichtbau Zunahme der Nahtlängen / Neue Anlagenkonzepte Ausbau des Lasereinsatzes im Karosseriebau