Laserauftragschweißen

Laserauftragschweißen gehört zum Cladding (Auftragschweißen), bei dem auf ein Werkstück ein Oberflächenauftrag mittels Aufschmelzen und gleichzeitigem Aufbringen eines nahezu beliebigen Materials erfolgt. Dies kann in Pulverform z. B. als Metallpulver oder auch mit einem Schweißdraht bzw. -band geschehen. Beim Laserauftragschweißen dient als Wärmequelle ein Laser hoher Leistung, vornehmlich Diodenlaser oder Faserlaser, früher auch CO2- und Nd:YAG-Laser.

Beim Laserauftragschweißen mit Pulver erhitzt der Laser das Werkstück meist defokussiert und schmilzt es lokal auf. Gleichzeitig wird ein inertes Gas gemischt mit feinem Metallpulver zugeführt. Die Versorgung des Wirkbereichs mit dem Metall-/Gasgemisch erfolgt über Schlepp- oder Koaxialdüsen. An der erhitzten Stelle schmilzt das Metallpulver auf und verbindet sich mit dem Metall des Werkstücks. Neben Metallpulver können auch keramische Pulverwerkstoffe, speziell Hartstoffe, verwendet werden. Das Laserauftragschweißen mit Draht bzw. Band funktioniert analog zum Verfahren mit Pulver, jedoch mit Draht bzw. Band als Zusatzwerkstoff.

Hierdurch entsteht beim richtigen Einstellen der Parameter Laserleistung, Vorschub, Massenstrom des Pulvers oder alternativ des Draht- bzw. Bandvorschubes, und der Fokuslage ein Materialauftrag auf dem Werkstück, der bei mehrmaligen Überfahrten - nebeneinander oder übereinander - zu einer Fläche oder Wand geformt werden kann. Auch die Generierung von freigeformten Strukturen ohne Hinterschneidung wurde schon demonstriert (Lasergenerieren). Die Anbindung an das Grundmaterial kann z. B. durch die Ausbildung einer Zwischenschicht über die Parameter beeinflusst werden. Meistens sind anschließende Nachbearbeitungsschritte, wie Fräsen oder Drehen, notwendig.

In der industriellen Anwendung wird das Laserauftragschweißen mit Pulver hauptsächlich vollautomatisiert eingesetzt, während das Laserauftragschweißen mit Draht überwiegend an manuellen Laserschweißanlagen zum Einsatz kommt.

Das Verfahren kommt überall dort zum Einsatz, wo teure, meist große Bauteile, repariert werden müssen, da sie nicht kostengünstig ausgetauscht werden können. Neben Umformwerkzeugen zählen Triebwerksteile und Turbinenteile wie Blades, Disks und Blisks zu den bekanntesten Reparaturteilen. Daneben kommt das Verfahren auch beim Aufbau von Funktionsschichten (z. B. Verschleißschutzschichten) zum Einsatz.

Mit Standardbearbeitungsköpfen gibt es immer wieder Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Bauteilen mit kleinen Innendurchmessern wie z. B. Getriebebestandteilen oder Motorinnenräumen, da diese nicht in die entsprechende Tiefe vordringen können. Erste miniaturisierte Köpfe für Bohrungsdurchmesser zwischen 25 und 80 mm werden derzeit in der Praxis getestet. Sie erreichen Tiefen von bis zu 500 mm, Bereiche also, die herkömmliche Bearbeitungsköpfe bauartbedingt nicht erreichen können.

Eine Sonderform des Verfahrens für den Mikrobereich stellt das Micro Cladding dar. Bei ihm kommen entweder kontinuierlich strahlende Faserlaser, die stark fokussiert werden, und schnelle Achssysteme oder alternativ hochrepetierende gepulste Faserlaser, die ebenfalls stark fokussiert werden, und zur Strahlablenkung schnelle Laserscanner zum Einsatz. Das verwendete Pulver weist Korndurchmesser von kleiner 10µm auf. Es wurden bereits Mikrowände mit einer Breite von 50µm erzeugt. Anwendungen zielen verstärkt in die flexible Erzeugung von Strukturen für elektronische Anwendungen.

Diese Artikel könnten dir auch gefallen

Die letzten News aus den Naturwissenschaften

01.03.2021
Sonnensysteme - Teilchenphysik
„Ausgestorbenes Atom“ lüftet Geheimnisse des Sonnensystems
Anhand des „ausgestorbenen Atoms“ Niob-92 konnten Forscherinnen Ereignisse im frühen Sonnensystem genauer datieren als zuvor.
01.03.2021
Akustik - Optik - Quantenoptik
Nanoschallwellen versetzen künstliche Atome in Schwingung
Einem deutsch-polnischen Forscherteam ist es gelungen, gezielt Nanoschallwellen auf einzelne Lichtquanten zu übertragen.
01.03.2021
Quantenoptik
Nicht verlaufen! – Photonen unterwegs im dreidimensionalen Irrgarten
Wissenschaftlern ist es gelungen, dreidimensionale Netzwerke für Photonen zu entwickeln.
24.02.2021
Kometen_und_Asteroiden
Asteroidenstaub im „Dinosaurier-Killer-Krater“ gefunden
Ein internationales Forscherteam berichtet über die Entdeckung von Meteoriten-Staub in Bohrproben aus dem Chicxulub-Impaktkraters in Mexiko.
24.02.2021
Quantenphysik
Zwillingsatome: Eine Quelle für verschränkte Teilchen
Quanten-Kunststücke, die man bisher nur mit Photonen durchführen konnte, werden nun auch mit Atomen möglich. An der TU Wien konnte man quantenverschränkte Atomstrahlen herstellen.
19.02.2021
Quantenphysik
Auch in der Quantenwelt gilt ein Tempolimit
Auch in der Welt der kleinsten Teilchen mit ihren besonderen Regeln können die Dinge nicht unendlich schnell ablaufen.
22.02.2021
Sterne - Teilchenphysik
Erstes Neutrino von einem zerrissenen Stern
Ein geisterhaftes Elementarteilchen aus einem zerrissenen Stern hat ein internationales Forschungsteam auf die Spur eines gigantischen kosmischen Teilchenbeschleunigers gebracht.
23.02.2021
Satelliten - Raumfahrt
Unglaubliche Bilder vom Rover Perseverance auf dem Mars
19.02.2021
Milchstraße - Schwarze_Löcher
Schwarzes Loch in der Milchstraße massiver als angenommen
Ein internationales Team renommierter Astrophysikerinnen und -physiker hat neue Erkenntnisse über Cygnus X-1 gewonnen.
18.02.2021
Elektrodynamik - Teilchenphysik
Ultraschnelle Elektronendynamik in Raum und Zeit
In Lehrbüchern werden sie gerne als farbige Wolken dargestellt: Elektronenorbitale geben Auskunft über den Aufenthaltsort von Elektronen in Molekülen, wie eine unscharfe Momentaufnahme.