Qualitätssicherungsmaßnahmen bei lasergeschweißten Baugruppen

Definition der Qualitätsanforderungen bereits vor der Prozessentwicklung

 Die Qualitätssicherung beginnt bereits bei den Einzelteilen, denn eine Voraussetzung für das prozesssichere Laserschweißen ist der sogenannte „technische Nullspalt“. Das heißt, dass die Einzelteile auf wenige hundertstel Millimeter genau zueinander passen müssen, um das gewünschte Ergebnis erzielen zu können. Auch der Oberflächenzustand (Gratbildung, Rauheit, Beschichtung, Reflexionsgrad) der zu verschweißenden Bauteile kann einen wesentlichen Einfluss auf das Laserschweißen haben. Generell ist sinnvoll, die Anforderungen an die Einzelteile bereits vor der Prozessentwicklung so präzise wie möglich zu definieren und während der Serienfertigung über geeignete Prüfverfahren und -umfänge abzusichern.

Häufig kommen bei Schweißbaugruppen lasergeschnittene Blech- oder Blech-Biege-Teile zum Einsatz. Diese bieten im Vergleich zu spanend hergestellten Bauteilen oft einen erheblichen Kostenvorteil. Den größeren Fertigungstoleranzen muss mit intelligenten Vorrichtungskonzepten begegnet werden: Meist ist es möglich, den geforderten Nullspalt für Stumpfnähte erst durch das Spannen der Vorrichtung zu erzeugen. Alternativ können auch Überlappstöße zum Einsatz kommen. So lassen sich Schweißprozesse auch bei relativ großen Einzelteiltoleranzen äußerst robust gestalten.

Sauberkeit als wesentlicher Qualitätsfaktor

Von großer Bedeutung für das erfolgreiche Laserschweißen – insbesondere bei kritischen Werkstoffen wie Aluminium oder Kupfer – ist die Sauberkeit der Einzelteile. Eine Kontamination mit Öl oder Kühlschmiermittel aus vorgelagerten Fertigungsschritten kann einen negativen Effekt auf die Prozessstabilität beim Laserschweißen haben. Auch bei der Handhabung, dem Transport und der Lagerung muss darauf geachtet werden, dass es nicht zu einer unbeabsichtigten Verunreinigung der Bauteile kommt. Bei besonders empfindlichen Schweißprozessen bietet sich der Einsatz von geeigneten Reinigungs- und Prüfprozessen (z.B. Oberflächenspannungsmessung) an. Die Auswahl des Reinigungsverfahrens orientiert sich dabei an der Bauteilgeometrie und der erforderlichen Sauberkeitsklasse. Sehr reproduzierbare Ergebnisse lassen sich wirtschaftlich mittels Laserreinigung erzielen.

Ein weiterer Faktor ist eine saubere Produktionsumgebung. Bei kritischen Sauberkeitsanforderungen stellt auch das Laserschweißen im Sauber- oder Reinraum eine Möglichkeit dar. Allerdings ist hier zu beachten, dass insbesondere beim Tiefschweißen eine Kontamination der Umgebung und vor allem des Produkts nicht vollumfänglich ausgeschlossen werden kann. Wichtig ist grundsätzlich eine umfassende Be- und Entlüftung mit entsprechendem Filtersystem, damit entstehende Partikel sich nicht in der Produktionsumgebung absetzen können. Dabei ist bereits im Rahmen der Schweißprozessentwicklung die geforderte technische Sauberkeit zu berücksichtigen und der Schweißprozess dahingehend auszulegen. Im fertig bearbeitet Zustand kann die Einhaltung der Sauberkeitsanforderungen dann beispielsweise mit einer Restschmutzanalyse (Extraktionsverfahren) überprüft werden.

Integration sensibler Komponenten

Bei lasergeschweißten Baugruppen, deren Funktion über die mechanischen Belastungen hinausgehen, müssen zum Teil auch sensible Komponenten integriert werden, wie zum Beispiel elektronische Module, Batteriezellen, Sensorik oder Elektromotoren. Zum einen muss bei der Handhabung, aber auch während der Bearbeitung darauf geachtet werden, dass es zu keiner Beschädigung kommt. Zum anderen sind potenzielle Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Nicht zu unterschätzen sind auch die hohen Geldwerte der zu schweißenden Komponenten. Aus diesen Gründen ist es sinnvoll, mögliche Fehler und deren Auswirkung im Rahmen einer FMEA (Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse) zu bewerten und entsprechende Maßnahmen noch vor Produktionsstart zu implementieren, um hohe Schäden zu vermeiden.

Bei BBW Lasertechnik kennen wir die Herausforderungen bei der Herstellung von komplexen lasergeschweißten Baugruppen und wenden maßgeschneiderte Qualitätskonzepte an.

 

Ein Beitrag von Andreas Bürger und Stephan Wagner