3D-Auftragschweißen mit variabler Spurbreite

Das Laserstrahl-Auftragschweißen mit pulverförmigen Zusatz- werkstoffen wird für die Instandsetzung, den Verschleißund Korrosionsschutz in den Bereichen des Werkzeug-, des Formen-, des Triebwerk- und des Maschinenbaus eingesetzt. Der Zusatz- werkstoff wird pulverförmig in die Wechselwirkungszone des Laserstrahls mit dem zu bearbeitenden Werkstoff zugeführt, aufgeschmolzen und mit dem Grundwerkstoff verbunden. Aufgrund der geringen Wärmeeinbringung in das Substrat werden geringe Aufmischungsgrade (< 5 %) bei geringen Verzügen des Bauteils realisiert. Zunehmend wird das Laserstrahl-Auftragschweißen auch für 3D-Applikationen genutzt.

Variable Spurbreiten
Die Variation der Spurbreite erfolgte bisher durch Verstellen der relativen Position der Optik zur Oberfläche (»Defokussieren«), wobei beim Laserstrahl- Auftragschweißen Spurbreiten von ca. 0,5 mm bis zu mehreren mm (abhängig von der zur Verfügung stehenden Laserleistung, Wellenlänge und dem optischen System) erzeugt werden. Bei einer 3D-Bearbeitung bedeutet dies, dass der Tool Center Point (TCP) des Werkzeuges Laser und die Pulverzu- fuhrdüse an die neue Arbeitsposition angepasst werden müssen. Für die industrielle Anwendung besteht ein großer Bedarf die Spurbreite des Auftrages flexibel und schnell verändern zu können. Aufwendiges manuelles Nachjustieren soll vermieden werden.

Zoom-Optik mit 3D-fähiger Beschichtungsdüse
Variable Strahldurchmesser können durch eine adaptive Optik erzeugt werden. Die Zoom-Optik bietet eine vorteilhafte Alternative. Sie erzeugt durch Verschieben von Linsen variable Strahldurch- messer in der Arbeitsebene entweder manuell oder durch einen Motor. Dabei wird für alle Spurbreiten eine Leistungsdichtever- teilung erzeugt, die möglichst einer top-hat Verteilung entspricht. Damit entfällt die aufwändige Nachjustage der Düse und die Werkzeuglänge (TCP) bleibt erhalten.

Technische Merkmale
  • Bearbeitungskopf mit einer Zoom-Optik für Nd:YAG-Laserstrahlung bis 3 kW Laserleistung
  • Auftragschweißen mit variablen Spurbreiten (0,6 mm bis 3,5 mm)
  • Konstanter TCP
  • 3D-Auftragschweißen mit Dreistrahldüse
  • Auftragschweißen in Zwangslagen bis 90 Grad Verkippung zur Horizontalen
Der Bearbeitungskopf entstand in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ILT Aachen.
Ansprechpartner: Dr. Andres Gasser,
Telefon: +49 (0)241/8906-209,
www.ilt.fraunhofer.de

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