Prozesskettenverkürzung beim Aluminiumlöten durch den Einsatz eines koaxialen Laser-Plasma-Hybridverfahrens
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen zum koaxialen Laser-Plasma-Hybridverfahren für den Einsatz zum flussmittelfreien Löten von Aluminiumlegierungen lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Der Lichtbogen wird durch ein laserinduziertes Metalldampf beeinflusst und brennt aufgrund der Tatsache, dass Metallpartikel leichter zu ionisieren sind als Intergase, immer in Richtung des Kontaktpunktes zwischen Laser und Werkstoffoberseite. • Die Polung des Plasmas hat insbesondere im Bereich des Lötens einen entscheidenden Einfluss auf den Wechselwirkungsmechanismus zwischen Laserstrahl und Plasma. Der Laser hat nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluss auf die Lichtbogenspannung, wenn auf dem Grundwerkstoff keine isolierende Oxid- oder Schmutzschicht mehr vorhanden ist (positive Polung). Der Spannungsunterschied ist bei DCEP und kleinen Laserleistungen sehr gering. Bei DCEN und geringen Laserleistungen kann ein im Vergleich starker Effekt durch den Laserstrahl nachgewiesen werden. • Die Fokusdepositionierung aufgrund des plasmabedingen Linseneffekts kann für Laserstrahllötprozesse vernachlässigt werden. • Die Geometrie der vorlaufenden kathodisch beeinflussten Zone hängt von der Laserleistung ab. Mit steigender Laserleistung nimmt der Vorlauf der plasmabeeinflussten Zone ab und es bildet sich ein klarer Übergang zwischen dem beeinflussten und unbeeinflussten Bereich aus. Die Homogenität der Verteilung der lokalen Längenänderung des kathodisch beeinflussten Bereichs nimmt bei steigender Laserleistung deutlich zu. Der Laser fokussiert die Lichtbogenfußpunkte bei höherer Laserleistung. Die resultierende Breite der Aktivierungszone wird von der Laserleistung jedoch nur gering beeinflusst. • Die Lichtbogenspannung wird durch partielle Verdampfung von Legierungselementen im Laser- Plasma-Hybridprozess reduziert. • Die grundsätzliche Eignung von lithiumhaltigem Aluminium-Silizium Lotwerkstoff (0.35 Gew.-% Lithium) zum flussmittelfreien Laserstrahllöten von Aluminium unter konventioneller Argon-Schutzgasatmosphäre (Argon Reinheit 99.998 %) wurde nachgewiesen. Im Vergleich zum Ofenlöten wird kein hochreines Schutzgas benötigt. • Für einen späteren industriellen Einsatz sind niedriger schmelzende Lote bzw. höher schmelzende Grundwerkstoffe essentiell, um ein ausreichendes Prozessfenster und damit fehlerfreie Lotverbindungen gewährleisten zu können. • Im Vergleich zum Laserstrahlprozess konnten keine verzugsbedingten Nachteile durch den Energieeintrag vom Plasmaprozess im Hybridprozess festgestellt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Fluxless brazing of aluminum with a coaxial laser plasma joining process. IIW Annual Assembly 2011 Com. XVII, Chennai, India (2011), paper no. XVII-A-0020-2011 (online)
Möller, F; Vollertsen, F
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Development of brazing solder and processes for flux less joining of aluminum. IIW 2012 Annual Assembly Com. XVII, Denver USA (2012) IIWDoc. XVII-C-0004-12 (online)
Möller, F; Swider, M; Langohr, A; Hassel, T; Möhwald, K; Bach, F; Vollertsen, F
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Entwicklung flussmittelfreier Lote und Prozesse zum Löten von Aluminiumlegierungen. Schweißen und Schneiden 64/8 (2012) 490-496
Swider, M; Langohr, A; Möller, F
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Fluxless brazing of aluminium with a coaxial laser plasma joining process. Proc. IIW International Institute of Welding, Com. XVII Intermediate Meeting Portugal (2012) Doc. No. XVII-A-0025-12 (online)
Möller, F
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Development of flux free filler metals and processes for brazing of aluminum. Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionschweißen (LÖT13), DVS-Berichte Band 293, Nr. 3377. DVS-Verlag Düsseldorf (2013) 205-211
Langohr, A; Swider, M; Wulf, E; Möhwald, K; Hassel, T; Maier, H; Möller, F
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Interaction between laser and plasma arc in hybrid welding of aluminium. Lasers in Manufacturing (LIM 2013). Physics Procedia 41, eds.: C. Emmelmann, M.F. Zaeh, T. Graf, M. Schmidt. Elsevier Amsterdam (2013) 81-89
Möller, F; Thomy, C
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Novel aluminum brazing alloys for laser beam processes. IIW 2013 Annual Assembly Com. XVII, Essen (2013) IIW-Doc. XVII-A-0036-13 (online)
Möller, F; Tang, Z; Langohr, A
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Flussmittelfreies Laser-Plasma-Löten von Aluminiumlegierungen. Schweißen und Schneiden 67/11 (2015) 686 – 687
Radel, T; Vollertsen, F
