Faktor 3: Schweißnahtanordnung
Beim modernen Schweißen von Automobilkarosserien hat sich das Laserschweißen als Ersatz für das traditionelle Widerstandspunktschweißen durchgesetzt. Ziel dieser Verlagerung ist es, die Kosten zu senken, die Produktionseffizienz zu steigern, die Schlag- und Ermüdungsfestigkeit der Fahrzeugkarosserie deutlich zu verbessern und somit die Gesamtqualität des Automobils zu steigern. Laserschweißen, das sich durch schnelle Energiefreisetzung, hohe Energiedichte, konzentrierte Wärme und kurze Wechselwirkungszeiten auszeichnet, hat in den letzten Jahren zunehmend Anwendung im Automobilbau gefunden. Ein weiterer Vorteil des Laserschweißens liegt in der Möglichkeit, Laserstrahlen mithilfe von reflektierenden Spiegeln, Umlenkprismen oder optischen Fasern in jede Richtung zu übertragen oder zu fokussieren, auch an schwer zugängliche Stellen. Darüber hinaus trägt das Laserschweißen zur Gewichtsreduzierung der Fahrzeugkarosserie bei und erhöht gleichzeitig deren Festigkeit und Steifigkeit. Bei doppelseitig verzinkten Blechen, die in der Karosserie verwendet werden, würde das Widerstandspunktschweißen zu einem erhöhten Widerstand durch Zink führen, was zu größeren Schweißpunkten und damit verbundenen Herausforderungen bei der Verarbeitung führen würde.
Beim Laserschweißen kommt es beim Schweißen längerer Schweißnähte an der Fahrzeugkarosserie mit Hochleistungslasern zu erheblichen thermischen Verformungen an den Schweißstellen. Die stärkste Verformung erfährt die zweite Hälfte der Schweißverbindung. Diese starke wärmebedingte Verformung führt zu einem gezackten Aussehen der Schweißnaht, was darauf hindeutet, dass der Schweißverzug vor der Verfestigung der Schweißnaht auftritt. Die beim Laserschweißen erzeugte Wärme breitet sich kontinuierlich entlang der Schweißfront aus und sammelt sich im weiteren Verlauf an, wobei die höchste Ansammlung in der zweiten Hälfte auftritt. Um die thermische Verformung von Fahrzeugkarosseriekomponenten wirksam zu mildern, wurde daher der in einigen Untersuchungen vorgeschlagene Ansatz des „segmentierten Schweißens“ als Lösung für dieses Problem vorgeschlagen. Im Rahmen des segmentierten Laserschweißens von Fahrzeugkarosserien stellt die Bestimmung der Länge und des Abstands der Schweißnähte eine große Herausforderung bei der Gestaltung der Fahrzeugstruktur und der Formulierung von Fertigungsprozessen dar.
Beim Laserschweißen von Fahrzeugtüren kann es durch zu lange Schweißnahtführungen zu Oberflächenunregelmäßigkeiten oder zackenförmigen Schweißfehlern kommen. Besonders ausgeprägt ist dies in den Überlappungsfugenbereichen dreidimensionaler Bauteile, wo es schwierig ist, einen gleichmäßigen Kontaktspalt zwischen den beiden Blechen sicherzustellen. Mit anderen Worten: Die Überlappungsverbindung kann keinen gleichmäßigen Spalt von einem Ende zum anderen aufrechterhalten. Solche Unregelmäßigkeiten können beim Laserschweißen zu Schweißfehlern führen. Durch den Ersatz der Anordnung einer einzelnen längeren Schweißnaht durch die Anordnung von zwei kürzeren Schweißnahtsegmenten konnten deutliche Verbesserungen bei der Schweißnahtoberflächenausbildung erzielt werden.
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