Schweißaufbau mit Strahlteileroptik (Arnold) und integrierter Drahtzufuhr

Vertikal-Pulverdüse

Video: Auftragschweißen mit zentrischer Drahtzufuhr
(Länge 0:16 Minuten, AVI-Datei mit 2,52 MB)

FLEXILAS-Konturschweißung (Draht, 4kW Nd:YAG-Laser)

Aktuelle Ergebnisse

Zum Erzeugen des für die zentrische Pulver- und Drahtzufuhr erforderlichen Ringstrahls sind umfangreiche konzeptionelle Arbeiten für die Lösung in Form einer Strahlteileroptik erfolgt. Im Ergebnis wurde durch die Firma Arnold eine neue Zweispiegel-Strahlteileroptik berechnet, konstruiert und gefertigt. Mit diesem Bearbeitungskopf konnte die Praxistauglichkeit des FLEXILAS-Prinzips für das Auftragschweißen, Löten und Wärmeleitschweißen nachgewiesen werden. Die Vermessung des unfokussierten sowie des fokussierten Laserstrahls ergab eine weitestgehende Übereinstimmung des Strahlprofils mit den Berechnungen des Verbundpartners Arnold. Sie zeigen, daß die in einem Fokus oder Brennfleck zusammengeführten Teilstrahlen optisch die gewünschte kreisförmige Abbildung erzeugen.

Der Bearbeitungskopf wird vervollständigt durch die Draht- und Pulverdüsen zur zentrischen Zufuhr des Zusatzmaterials. Für die Draht- und Pulverförderung kann auf Standard-Fördergeräte aus der Schweiß- und Spritztechnik zurückgegriffen werden. Die Draht- und Pulverdüsen stellen hingegen spezielle Entwicklungen dar, welche die Besonderheiten des FLEXILAS-Prozesses zielgerichtet umsetzen. Bild 2 zeigt exemplarisch eine wassergekühlte Vertikal-Pulverdüse und den resultierenden gebündelten Pulverstrahl.

Entsprechend der Schwerpunktsetzung durch die Industriepartner des Projektkonsortiums und des erkannten hohen Innovationspotentials haben sich die Versuche zur Verfahrensentwicklung auf das Auftragschweißen mit Draht konzentriert. Das nebenstehende Video zeigt den Prozeß des Auftragschweißens mit zentrischer Drahtzufuhr. Als Zusatzmaterial wurde Stahldraht der Sorte SG2 mit einem Durchmesser von 1,2 mm verwendet. Unter Nutzung des neuen FLEXILAS-Bearbeitungskopfes konnte die Richtungsunabhängigkeit der Drahtzufuhr nachgewiesen werden. Es sind komplexe Konturschweißungen ausgeführt worden, wobei der Materialauftrag und die Raupengeometrie vollständig unabhängig von der Schweißrichtung sind. Bild 3 illustriert ein Beispiel einer solchen Auftragschweißung.

Für Pulver als Schweißzusatz konnte eine Verbesserung der Pulverausnutzung gegenüber dem Auftragschweißen mit Standard-Koaxialpulverdüsen nachgewiesen werden. Werte von über 90% sind hier erzielbar, so daß die neue Vertikal-Pulverdüse als sehr erfolgversprechende Lösung bewertet werden kann. Ein besonderes Merkmal ist der vorteilhaft gerichtete Pulverstrom dieses Düsentyps als Voraussetzung für einen stabilen Prozeß bei gleichzeitig hoher Pulverausnutzung.