Ein Lichtbogen, zwei Drähte und ein Laser
Laserunterstütztes Lichtbogenverfahren ermöglicht Hochleistungsauftragschweißen mit bereits einer Schicht.
Anstatt teure Bauteile nach Abnutzung komplett auszutauschen, können diese mittels Auftragschweißen instandgesetzt werden. Bisher wird für das Auftragschweißen häufig ein Metallschutzgas-Verfahren eingesetzt, mit einer durchschnittlichen Auftragrate von fünf Kilogramm pro Stunde. Da hierbei der Aufmischgrad bei etwa 30 Prozent liegt, müssen mehrere Schichten aufgebracht werden bis die Schutzschicht ausreichend rein ist. Wissenschaftler des Laser-Zentrums Hannover e.V. haben nun im Rahmen des Projekts HoDopp ein laserunterstütztes Lichtbogenverfahren entwickelt, bei dem dies bereits mit einer Schicht erreicht werden kann.
Abb.: Das lasergestützte Verfahren zeichnet sich durch eine geringe Wärmeeinflusszone, geringe Einschweißtiefe und damit einen geringen Aufmischungsgrad aus (Schichtdicke ca. 4 mm). (Bild: LZH)
Beim konventionellen Verfahren brennt der Lichtbogen zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück und schmilzt beide auf. Im Fall von großflächigen und mehrlagigen Schutzschichten kann der Vorgang über 24 Stunden pro Quadratmeter dauern. Beim Verfahren des LZH brennt der Lichtbogen dagegen zwischen zwei Drähten und schmilzt diese gleichzeitig auf. Die Auftragrate konnte daher auf 7,5 Kilogramm pro Stunde erhöht werden. Der zusätzlich eingesetzte Laserstrahl sorgt für eine sichere Anbindung der Schicht und verbessert die Nahtform.
Abb.: Schematischer Aufbau des lasergestützten Auftragschweißverfahrens. (Bild: LZH)
Durch die Laserunterstützung wird die Schicht mit geringem Einbrand aufgebracht, wodurch der Aufmischungsgrad bei unter fünf Prozent liegt. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die geringe Wärmeeinbringung. Der Bauteilverzug ist im Vergleich zum konventionellen Metallschutzgas-Auftragschweißen wesentlich geringer und die Auftragrate kann um 50 Prozent gesteigert werden. Da eine Schicht zwei bis drei konventionelle Schichten ersetzt, reduziert sich sowohl Zeit als auch Materialverbrauch bei artungleichen Werkstoffen um die Hälfte bis Zweidrittel. Somit lässt sich die Produktivität und gleichzeitig die Qualität des Schweißverfahrens erheblich steigern.
Das Projekt HoDopp – Hochleistungsauftragschweißen mit Doppeldrahttechnik bei nicht übertragenem Lichtbogen und Laser gestützter Einbrandsteuerung – wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Das Projekt wurde Ende 2014 abgeschlossen.
LZH / CT
