Messing ist bekanntlich eine Legierung aus Kupfer und Zink. Das gelbliche Buntmetall wird industriell oft verwendet, erschwert aber wegen des Kupfers das Laserschweißen. Doch das muss nicht sein!

Messing wird etwa für Armaturen, Lagerkomponenten, Ventile, Turbinenteile oder Wärmetauscher genutzt, ist jedoch wegen des hohen Kupferanteils schweißtechnisch herausfordernd. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) will dies nun zusammen mit der LMB Automation GmbH (LMB) ändern. Die Partner entwickeln nämlich im Rahmen des Projekts „LaserMessing“ eine laserbasierte Fertigungsanlage zur automatisierten Produktion von Messingbauteilen, wie die oben aufgezählten. Dabei, heißt es weiter, arbeitet das LZH an einem Schweißprozess, der laserbasierte Tiefschweiß- und Fülldrahtprozesse kombiniert. Das Ziel ist, einen stabilen, automatisierbaren Prozess mit Schweißnähten ohne Poren, Schweißspritzer und Nahtunterwölbungen zu entwickeln, so dass die damit hergestellten Bauteile auch einem hohen ästhetischen Anspruch genügen. Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (Förderkennzeichen: KK5111708KX1).

Die Verarbeitung der Kupferlegierung Messing ist aber, wie gesagt, herausfordernd. Doch das Laserstrahlschweißen eigne sich prinzipiell gut dafür, denn dieser Fügeprozess belastet das Werkstück thermisch nur gering und erzeugt dabei sehr schmale und tiefe Nähte. Außerdem ist das Laserstrahlschweißen sehr gut automatisierbar und es arbeitet schnell und präzise. Allerdings sind Prozesse speziell zum Fügen von Messinglegierungen häufig noch von Prozessinstabilitäten betroffen. Das zulegierte Zink etwa verdampft bereits unterhalb der Schmelztemperatur von Kupfer. Deshalb bilden sich Poren und die Schweißnähte neigen zu Heißrissen, merken die LZH-Forscher an.

Um das oben genannte Ziel zu erreichen, setzen die Wissenschaftler der Gruppe Fügen und Trennen von Metall, wie es weiter heißt, auf ein regelbares Verfahren in Kombination mit anpassbaren Strahlprofilen, das zwei Prozesse vereinigt. Mit Thermografie- und Spektroskopiedaten wollen sie den Prozess überwachen und anhand der gewonnenen Informationen eine geeignete Prozessregelung mit LMB entwickeln. Man beabsichtige dabei, die Energie für das Schweißen gezielt in die Messingwerkstücke einzubringen, um sogenannte Dampfkapillarfluktuationen abzumildern. Durch den Laserstrahleinsatz mit Kern- und Ringspot soll der Prozess zusätzlich stabilisiert werden. Der anschließende Laserfülldraht-Prozess glättet dann die Schweißnahtoberfläche, der zuvor erzeugten Tiefschweißnähte, wenn es um Anwendungen im Sichtbereich geht, wie das LZH erklärt.

Das LZH will zwei Prozesse zum automatischen Laserschweißen von Messing in einer Fertigungsanlage vereinigen. Der Fügeprozess soll mittels spektroskopischer Messdaten und anpassbaren Strahlprofilen dann geregelt und stabil ablaufen. (Bild: LZH)

Eine so automatisierte Schweißmölgichkeit für Messingkomponenten wird später die LMB Automation GmbH in die Lage versetzen, auch Schweißprozesse für die Serienfertigung von Messingbauteilen anbieten zu können, womit das bisherige Produktportfolio entscheidend erweitert werde.

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