Gegenstand der Arbeit ist die Suche nach einer Technologie zum stoffschlüssigen Fügen von Leichtbaustrukturen, die aus Aluminiumblechen bestehen. Hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Fügestelle können dabei nur durch den Einsatz eines Lötprozesses erfüllt werden. Es wird theoretisch untersucht, welche werkstoffspezifischen und technischen Schwierigkeiten das Hartlöten von Aluminium im allgemeinen hervorruft. Unter deren Berücksichtigung werden Lösungsansätze getroffen und bewertet. Im Ergebnis dieser Bewertung wird ein Hartlötprozeß modelliert, bei dem unter Verzicht auf Flußmittel ein Festkörperlaser als Wärmequelle dient. Zur Abschätzung der Vorgänge im Fügespalt, in der Oxidhaut an der Aluminumoberfläche sowie der Temperaturverläufe in den Fügeteilen erfolgen Simulationsrechnungen. Einer ersten experimentellen Überprüfung folgen Modifikationen des Prozesses und deren erneute Simulation. Technologische Versuche testen den Einsatz besonderer Lotwerkstoffe sowie eines zusätzlichen Aktivierungslasers. Metallographische Untersuchungen gelöteter Probebleche geben Aufschluß über den Stoffschluß, der trotz sehr kurzer, lötuntypischer Prozessdauer und ohne Anschmelzung des Grundwerkstoffs eintritt. Zum Abschluß wird in einigen grundlegenden Versuchen überprüft, inwiefern anhand der gewonnenen Erkenntnisse auch ohne den hohen technischen Aufwand des Hochleistungslasers ein flußmittelfreier Hartlötprozeß realisierbar ist.

Gegenstand der Arbeit ist die Suche nach einer Technologie zum stoffschlüssigen Fügen von Leichtbaustrukturen, die aus Aluminiumblechen bestehen. Hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Fügestelle können dabei nur durch den Einsatz eines Lötprozesses erfüllt werden. Es wird theoretisch untersucht, welche werkstoffspezifischen und technischen Schwierigkeiten das Hartlöten von Aluminium im allgemeinen hervorruft. Unter deren Berücksichtigung werden Lösungsansätze getroffen und bewertet. Im Ergebnis dieser Bewertung wird ein Hartlötprozeß modelliert, bei dem unter Verzicht auf Flußmittel ein Festkörperlaser als Wärmequelle dient. Zur Abschätzung der Vorgänge im Fügespalt, in der Oxidhaut an der Aluminumoberfläche sowie der Temperaturverläufe in den Fügeteilen erfolgen Simulationsrechnungen. Einer ersten experimentellen Überprüfung folgen Modifikationen des Prozesses und deren erneute Simulation. Technologische Versuche testen den Einsatz besonderer Lotwerkstoffe sowie eines zusätzlichen Aktivierungslasers. Metallographische Untersuchungen gelöteter Probebleche geben Aufschluß über den Stoffschluß, der trotz sehr kurzer, lötuntypischer Prozessdauer und ohne Anschmelzung des Grundwerkstoffs eintritt. Zum Abschluß wird in einigen grundlegenden Versuchen überprüft, inwiefern anhand der gewonnenen Erkenntnisse auch ohne den hohen technischen Aufwand des Hochleistungslasers ein flußmittelfreier Hartlötprozeß realisierbar ist.

Das Laserstrahlhartlöten ermöglicht die Herstellung von Fügeverbindungen mit exzellenten Nahtqualitäten. Daher hat es sich bei anspruchsvollen Anwendungen, wie zweiteiligen Heckklappen und der Verbindung von Dach und Seitenwandrahmen (Dachnullfuge) etabliert. Um die hohen Qualitätsanforderungen durch das Laserstrahlhartlöten realisieren zu können, sind allerdings anspruchsvolle konstruktive Randbedingungen zu erfüllen, die über die Fertigungskette nicht immer vollständig sicherzustellen sind. Das Ergebnis solcher Fertigungs- und Materialschwankungen äußert sich dann oft als Nahtimperfektionen, die während des Laserlötprozesses entstehen. Diese verursachen vor allem mit steigenden Prozessgeschwindigkeiten einen erhöhten und kostenintensiven Nacharbeitsaufwand und sollten daher vermindert bzw. gänzlich vermieden werden. Das Ziel ist somit den Laserlötprozess so robust wie möglich auszulegen, um auf diese Fertigungsschwankungen ohne Einschränkungen in der Nahtqualität reagieren zu können. Im ersten Teil dieser Arbeit werden wesentliche Einflussfaktoren auf die Ausbildung der Nahtqualität am schrägen Bördelstoß untersucht und die systemtechnischen Grenzen mit einem statischen und runden Laserspot aufgezeigt. Weiterhin werden die resultierenden Nahtqualitäten durch das Laserstrahllöten mit gescanntem Laserstrahl in Vorschubrichtung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Nahtqualität mit diesem innovativen Ansatz bezüglich des Anbindungsquerschnittes und der Oberflächenqualität weiter steigern lassen. Dies lässt sich ebenfalls für höhere Prozessgeschwindigkeiten realisieren. Abschließend werden neuartige Möglichkeiten der Prozessüberwachung, sowie erste Ansätze zur Prozessregelung des Laserstrahlhartlötens am schrägen Bördelstoß vorgestellt. Die erzielten Resultate zeigen, dass sich der Laserstrahlhartlötprozess durch die Regelung der Laserleistung in Verbindung mit evaluierten Temperaturfeldern im Bereich der Prozesszone online kontrollieren und sich dadurch die Prozessstabilität merklich steigern lässt.

Das Laserstrahlhartlöten ermöglicht die Herstellung von Fügeverbindungen mit exzellenten Nahtqualitäten. Daher hat es sich bei anspruchsvollen Anwendungen, wie zweiteiligen Heckklappen und der Verbindung von Dach und Seitenwandrahmen (Dachnullfuge) etabliert. Um die hohen Qualitätsanforderungen durch das Laserstrahlhartlöten realisieren zu können, sind allerdings anspruchsvolle konstruktive Randbedingungen zu erfüllen, die über die Fertigungskette nicht immer vollständig sicherzustellen sind. Das Ergebnis solcher Fertigungs- und Materialschwankungen äußert sich dann oft als Nahtimperfektionen, die während des Laserlötprozesses entstehen. Diese verursachen vor allem mit steigenden Prozessgeschwindigkeiten einen erhöhten und kostenintensiven Nacharbeitsaufwand und sollten daher vermindert bzw. gänzlich vermieden werden. Das Ziel ist somit den Laserlötprozess so robust wie möglich auszulegen, um auf diese Fertigungsschwankungen ohne Einschränkungen in der Nahtqualität reagieren zu können. Im ersten Teil dieser Arbeit werden wesentliche Einflussfaktoren auf die Ausbildung der Nahtqualität am schrägen Bördelstoß untersucht und die systemtechnischen Grenzen mit einem statischen und runden Laserspot aufgezeigt. Weiterhin werden die resultierenden Nahtqualitäten durch das Laserstrahllöten mit gescanntem Laserstrahl in Vorschubrichtung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Nahtqualität mit diesem innovativen Ansatz bezüglich des Anbindungsquerschnittes und der Oberflächenqualität weiter steigern lassen. Dies lässt sich ebenfalls für höhere Prozessgeschwindigkeiten realisieren. Abschließend werden neuartige Möglichkeiten der Prozessüberwachung, sowie erste Ansätze zur Prozessregelung des Laserstrahlhartlötens am schrägen Bördelstoß vorgestellt. Die erzielten Resultate zeigen, dass sich der Laserstrahlhartlötprozess durch die Regelung der Laserleistung in Verbindung mit evaluierten Temperaturfeldern im Bereich der Prozesszone online kontrollieren und sich dadurch die Prozessstabilität merklich steigern lässt.