Mit anwendungsspezifischen Faser-Bragg-Gittern (FBGs) können Faserlaser für Beschriftungsaufgaben und Sensoren zur simultanen Messung von Dehnung und Temperatur in industriellen Anwendungen optimiert werden.
Eine Kostenreduktion durch Einsatz energieeffizienter Strahlquellen und die Verkürzung der Zykluszeiten beim Laserstrahlschweißen von neuartigen hochfesten Stahlwerkstoffen werden gegenwärtig durch fehlendes Gesamtverständnis der komplexen Zusammenhänge von Schweißprozess, Werkstoffverhalten und Einspannsituation behindert. Beispielsweise verändert eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit die fluid- und thermomechanischen Verhältnisse negativ, sodass Unregelmäßigkeiten wie Poren oder Fehlstellen in der Schweißnaht auftreten können.
Das Forschungsprojekt verfolgte daher das Ziel, durch eine Verzahnung von experimentellen Untersuchungen und numerischen Simulationen ein fundiertes Prozessverständnis zu generieren. Dadurch können die Auswirkungen wichtiger Einflussparameter auf den Prozess beurteilt und Lösungsansätze für die Auslegung eines fehlerfreien Schweißprozesses bei hohen Geschwindigkeiten aufgezeigt werden.
In einem iterativen Vorgehen wurden Prozessanalysen unter Anwendung von Hochgeschwindigkeitsvideografie, Verzugsmessungen und metallografischen Analysen durchgeführt und durch numerische Struktursimulationen zur Versuchsplanung und zur Vorhersage der Auswirkungen von angepassten Einspannbedingungen ergänzt. Dadurch konnten Schweißparameter und thermomechanische Randbedingungen für einen robusten Schweißprozess bei 40 % höherer Schweißgeschwindigkeit ermittelt werden. Die rechnergestützte Prozessauslegung im Hinblick auf das Ziel einer geringeren Werkstoffbeeinflussung und eines reduzierten Schweißverzugs führte dabei zu einer Eingrenzung des Versuchs- und Fertigungsaufwandes und damit zu wesentlichen Zeiteinsparungen. Darauf aufbauend wurde vom Industriepartner ein neues Spannkonzept für die Serienanwendung entwickelt und in Laborversuchen mit guten Ergebnissen getestet.
