Das Laserauftragschweißen ist ein komplexer Prozess, der vor dem Einschalten des Lasers eine umfangreiche Vorbereitung erfordert.
Hier sind einige der wichtigsten Schritte des Prozesses.
Schritt 1 – Oberflächenvorbereitung
Metallknüppel und -barren verfügen über schützende Oberflächenbeschichtungen. Bei diesen Beschichtungen handelt es sich in der Regel um Öle, die Rost, Metallisierung oder Oxide (im Fall von Aluminium) verhindern.
Sie müssen unerwünschte Verbindungen und Verunreinigungen aus dem Metall entfernen und die Oberfläche aufrauen – eine rauere Oberfläche führt zu einer besseren Metallhaftung beim Schweißen. Die winzigen Unebenheiten und Hohlräume auf der Oberfläche bieten hervorragende Ankerpunkte, an denen das geschmolzene Zusatzmetall haften kann.
Schritt 2 – Lieferung des Zusatzwerkstoffes
Das Zusatzmetall, meist ein feines Metallpulver, strömt aus einer Luftdüse mit einem Inertgas (Stickstoff oder Argon). Inerte Gase verhindern Oxidation, blasen unerwünschte Oberflächenverunreinigungen weg und halten Schweißnähte sauber und schlackenfrei.
Die Herstellung feiner und gleichmäßiger Metallpulver ist ein teurer Prozess. Die Herstellung des Metallpulvers erfordert in der Regel mehr Aufwand als das Laserauftragschweißen selbst.
Daher verwenden viele Laserauftragsmaschinen stattdessen dünne Metalldrähte. Der Drahtvorschub kann manuell oder automatisch über ein Motor- und Rollensystem in der Nähe des Laserkopfes erfolgen.
Es ist zu beachten, dass beim Schweißen der Zusatzwerkstoff mit dem Werkstück identisch sein kann, die Oberflächenbeschichtung jedoch unterschiedlich sein kann.
Schritt 3 – Lokale Lasererwärmung
Ein präzises CNC-System richtet einen Hochleistungslaserstrahl an die gewünschte Stelle. Der Laser schmilzt die Werkstückoberfläche und das einströmende Zusatzwerkstoff in weniger als einer Sekunde.
Der Laserstrahl gibt eine feste Energiemenge in das Werkstück ein, und die Energieablagerungsfläche wird durch die Wattzahl der Laserquelle und den Punktdurchmesser gesteuert. Der Laserfleckdurchmesser ist die Größe des Kontaktpunktes zwischen Laser und Werkstück.
Eine größere Punktgröße bedeutet, dass die Energie stärker verteilt wird und es länger dauert, die Oberfläche zu schmelzen. Der kleinere Punktdurchmesser bedeutet, dass die gesamte Laserenergie auf einen winzigen Punkt konzentriert wird, wodurch die Schmelzzeit verkürzt wird.
Eine kleinere Punktgröße bedeutet höhere Genauigkeit und schnellere Schweißzeiten. Außerdem wird die Materialverformung minimiert, da die Wärme an einem Punkt konzentriert wird und keine überschüssige Wärme an die Umgebung abgestrahlt wird.
Schritt 4 – Schichten und mehrere Durchgänge
Das Laserauftragschweißen (LMD) beschränkt sich nicht nur auf das Schweißen, sondern wird häufig auch zur Herstellung von Bauteilen von Grund auf eingesetzt. Nach dem ersten Laserdurchgang durchläuft der Laserkopf eine weitere Runde und trägt eine neue Materialschicht auf die erste Schicht auf. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie die gewünschte Höhe erreicht haben.
Bei der additiven Fertigung werden die Schichten fortgesetzt, bis das komplette Teil aufgebaut ist. Beim Schweißen hingegen sind nur ein oder zwei Lagen erforderlich.
Die Schichtdicke und die Anzahl der Schichten helfen dabei, die Menge des abgeschiedenen Metalls zu kontrollieren.
Schritt 5 – Abkühlen und Erstarren
Da die Wärme lokalisiert ist, kühlt der geschweißte Bereich auch relativ schnell ab, fast unmittelbar nachdem der Laser die Stelle verlassen hat.
Beim LMD-Verfahren wird Energie direkt an einer kleinen Stelle des Werkstücks deponiert. Durch kleinere Kontaktpunkte wird die Energie effizienter genutzt, sodass sich der Laser schneller bewegen kann.
Ein schnellerer Laser bedeutet, dass insgesamt weniger Energie und Wärme in das Werkstück eingebracht wird. Weniger Wärmeeinlagerung bedeutet schnellere Abkühlung. Eine schnelle Abkühlung bringt als zusätzlichen Nebeneffekt eine bessere Mikrostruktur mit sich.
7 Vorteile des Laserauftragschweißens
Das Laserauftragschweißen (LMD) ist das Ergebnis langjähriger Forschung zur additiven Fertigungstechnologie. Jeder Aspekt der Laser-Metallauftragschweißung ist auf ein Ziel vor Augen ausgelegt: die Verbesserung traditioneller Prozesse.
Hier sind einige der größten Vorteile, die das Laserauftragschweißen für moderne Fertigungsprozesse mit sich bringt.
1. Schnellere Schweißzeit
Der Hochleistungslaser schmilzt das Werkstück schnell auf und die CNC-Steuerung bewegt den Laserkopf schnell von einem Punkt zum anderen, was zu unglaublich kurzen Schweißzeiten führt.
Die automatische Tischbeschickung ermöglicht ein kontinuierliches Schweißen ohne Unterbrechungen während des Prozesses. Computergesteuertes Schweißen minimiert außerdem Fehler und spart so mehr Zeit in der Produktion.
Die Verwaltung und Optimierung verschiedener Prozessparameter für das Laserauftragschweißen verbessert die Schweißeffizienz und verkürzt die Produktionszeit.
2. Höhere Präzision und Kontrolle
Nahezu alle Laserauftragsschweißmaschinen sind automatisiert und computergesteuert, mit Ausnahme einiger handgehaltener Modelle. Hohe Präzision und Kontrolle ermöglichen komplexere Schweißnähte bei höheren Geschwindigkeiten.
Nur wenige erfahrene Schweißer können mit der Genauigkeit und Präzision automatisierter Laserschweißmaschinen mithalten.
3. Hochwertigere Schweißnähte
Die feinen Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffs füllen Lücken effizienter, was zu einer stärkeren Schweißnaht führt. Da alles vorab gemessen und von einem Computer gesteuert wird, ist die Menge des abgeschiedenen Metalls genau das, was benötigt wird, was bedeutet, dass das Schmelzbad während des gesamten Prozesses konstant bleibt.
Darüber hinaus werden interne Düsen verwendet, um Schlackenbildung und Metalloxidation zu verhindern und kleine Fragmente verdampften Metalls wegzublasen.
4. Keine Verformung der Wärmequelle
Herkömmliche Schweißverfahren bringen große Mengen unerwünschter Wärme in das Grundmaterial ein. Ein kleiner Teil der Wärme wird auf die Lötstelle übertragen, der Rest entweicht in die Umgebung und führt zu einer Verformung (Verwerfung) des Metalls.
Das Laserauftragschweißen ist ein äußerst präzises Verfahren, bei dem der Laserstrahl nur einen kleinen Teil des Werkstücks aufschmilzt und nicht mehr. Das Verfahren ist so effizient, dass es häufig für vollflächige Schweißungen eingesetzt wird, da kein Materialverzug zu befürchten ist.
Beim Oberflächenschweißen wird ein Material mit einem anderen Material (oder mehreren anderen Materialien) beschichtet, um die Oberflächenbeschaffenheit und Verschleißfestigkeit zu verbessern.
5. Größere Materialkompatibilität
Das Schweißen wird schwieriger, je hochwertiger und seltener Materialien verwendet werden. Das traditionelle Verfahren eignet sich für gängige Materialien wie Eisen, Kupfer, Edelstahl und sogar Aluminiumlegierungen. Es gibt jedoch Sonderfälle, bei denen es um zähe Metalle wie Wolfram, flüchtige Metalle wie Magnesium und weiche Metalle wie Gold geht.
Das Laserauftragschweißen unterstützt eine Vielzahl von Metallen, Legierungen und sogar einige Keramiken. Mit LMD können Sie die folgenden Materialien schweißen.
Nickellegierung
Wolframcarbid
Magnesiumlegierung
Gusseisen
Aluminiumlegierung
Legierung auf Kobaltbasis
Titanlegierung
Kupfer
Stahl
usw.
6. Materialverschwendung reduzieren
Laserschweißen minimiert Materialverschwendung. Metallpulver wird dem Werkstück mit einer kontrollierten Vorschubgeschwindigkeit zugeführt, um Über-/Unterablagerungen zu vermeiden. Im Gegensatz zum herkömmlichen Schweißen, bei dem ein Schweißdraht zum Einsatz kommt, werden beim Laserauftragschweißen durchgehende Draht- und Pulverpartikel verwendet.
Verwenden Sie nur die erforderliche Füllmenge und bewahren Sie den Rest für die nächste Schweißung auf.
7. Reduzieren Sie den Nachbearbeitungsaufwand
Da das Laserauftragschweißen saubere Schweißnähte erzeugt, ist oft nicht einmal eine Nachbearbeitung erforderlich. Es ist nicht erforderlich, das Werkstück mit Draht zu bürsten, überschüssige Pfützen abzuschleifen oder Verformungen während des Schweißens auszugleichen.
Durch die Reduzierung der Nachbearbeitung kann in der Produktion viel Zeit gespart und die Produktivität deutlich gesteigert werden.