Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kontrolliertes Laser-Heißdrahtbeschichten

Das Forschungsziel ist die Bereitstellung eines Laserauftragschweißverfahrens mit Heißdraht, das höchste Werkstoffausbringung mit geringer Aufmischung und hoher Qualität verbindet. Der Lösungsweg beinhaltet den Einsatz von Schweißstromquellen neuester Generation, mit denen bisher unerreicht hohe Ausgangsleistungen erzielt werden, die es zusammen mit neuesten Drahtvorschubgeräten erlauben, große Mengen drahtförmigen Zusatzwerkstoffs konduktiv vorzuheizen. Als Drahtwerkstoffe sollen Massiv- und Fülldraht mit Durchmessern > 1 mm zur Anwendung kommen. Konkret wird eine Ausbringung von > 2 Kilogramm pro Kilowatt Laserleistung und Stunde [kg/kW*h] angestrebt. Durch die Kopplung von Prozessregelung mit neuester Systemtechnik zur Temperaturfelderfassung steht eine unerreichte Prozessbeherrschung in Aussicht. Abgestrebte Ergebnisse sind die Maximierung der Wirtschaftlichkeit beim Laserauftragschweißen, das Erreichen einer anforderungsgerechten Anbindungs- und Überzugsqualität, die bisher nur durch Laserauftragschweißen mit Pulvern erreichbar war, durch geeignete Prozessregelung sowie Handlungsempfehlungen für Anwender. Mit den Ergebnissen sollen insbesondere kmU in die Lage versetzt werden, Laserauf-tragschweißen mit deutlich erhöhter Wirtschaftlichkeit darstellen zu können. Insbesondere Anwender, die große Flächen beschichten, können von entsprechend erhöhten Abschmelzleistungen profitieren. Durch Einbindung von kmU-Anwendern und Systemtechnikherstellern, beispielsweise von Schweißstromquellen, Drahtvorschubgeräten und Laserstrahlführung und -formung, steht in Aussicht, dass die Ergebnisse anhand konkreter Anwendungsempfehlungen unmittelbar umgesetzt werden können.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Vorhaben konnte erstmals ein neuartiges Laser-Heißdraht-Auftragschweißverfahren mit hoher Abschmelzleistung und geringem Aufmischungsgrad demonstriert werden. Durch den Einsatz hoher Schweißzusatzwerkstoffvorwärmung und dem Einsatz der Laserstrahloszillation war es möglich, den Draht gezielt abzuschmelzen und so die Abschmelzleistung unabhängig vom Aufmsichungsgrad einstellen zu können. Dementsprechend konnte das Anwendungsfeld des Laser-Heißdraht-Auftragschweißens wesentlich erweitert werden, da nicht nur Produktivitätsaspekte bedient werden, sondern auch die Qualität der Auftragschweißung einen neuen Standard erreicht hat.

Die erzielten Ergebnisse ermöglichen den Aufbau einer robusten Schweißprozessregelung. Dafür wurde eine innovative Temperaturregelung implementiert, die auf Basis des gemessenen Temperaturfeldes die Schmelzbadgeometrie identifiziert und die Laserleistung entsprechend regelt, um eine konstante Einschweißtiefe im Prozess zu erhalten. Das Laser-Heißdraht-Auftragschweißen mit hoher Abschmelzleistung und geringem Aufmsichungsgrad wurde für das Schweißen mit Edelstahlzusatzwerkstoff untersucht und auf weitere gebräuchliche Werkstoffe übertragen. Die Anwendbarkeit wurde anhand des Schweißens von Realbauteilen bei einem Mitglied aus dem PA demonstriert.

Davon profitieren Anwender des Laser-Auftragschweißens ebenso wie Anbieter der Systemtechnik (Lasersysteme, Schweiß- und Messtechnik), welche typischerweise oftmals KMU sind.