Ziel der Entwicklung

Logo: a: 3 mm-Nut nach der Präparation, b: Verschlossene Bohrung mit der Pulsform LF04, c: Längsschliff einer mittels Laserhandkopf geschweißten 1-mm-Nut
a: 3 mm-Nut nach der Präparation, b: Verschlossene Bohrung mit der Pulsform LF04, c: Längsschliff einer mittels Laserhandkopf geschweißten 1-mm-Nut

Das Vorhaben führte Arbeiten aus dem Inno-Watt Projekt „ReSoMaLas“ (FKZ: IW 070089) unter Nutzung des darin erzielten Erkenntnisfortschritts gezielt fort und qualifiziert das Auftragschweißen mit gepulsten Lasersystemen unter Anwendung angepasster Pulsformen, speziell für C45. Das Laserauftragschweißen mit gepulsten Systemen bietet zahlreiche Vorteile gegenüber konventionellen Reparaturverfahren, insbesondere wenn aufgrund der Materialeigenschaften eine verringerte Wärmeeinbringung gefordert wird. Im Rahmen des durchgeführten Projektes wurden die Laseroptik und der Zusatzwerkstoff manuell gehandhabt bzw. positioniert. Qualitätsgerechte Reparaturen sind ohne Vorwärmen erreichbar. Das Verfahren ist aus technischer und aus ökonomischer Sicht für Endanwender interessant. Bei Bauteilen, an denen zukünftig die Projektergebnisse praktische Anwendung finden, handelt es sich zumeist um kostenintensive Investitionsgüter, die bei vorzeitigem Verschleiß oder Beschädigungen in vielen Fällen mit dem Laser optimiert repariert werden können. Im Projekt wurde an Bohrungen und Nuten die Reparatur von Poren und Kerben mittels mechanisiertem Laserreparaturschweißen durchgeführt und die Eignung des Verfahrens für diesen Anwendungszweck nachgewiesen. Neben der Prozessentwicklung für einen handgeführten Einsatz wurde die zum mechanisierten Einsatz notwendige Technik eines Drahtvorschubs betrachtet.

Vorteile und Lösungen

Der Einsatz eines geführten fasergekoppelten gepulsten Lasersystems, d.h. unter Verwendung handbetätigten Achsvorschubs bzw. eines Laserhandkopfes, hat Vorteile gegenüber dem Einsatz konventioneller Verfahren. Das Projekt hatte Untersuchungen zwischen mechanisiertem und manuellem Drahtvorschub bei variierenden Pulsformen zum Inhalt. Es galt Bindefehler und Poren zu vermeiden, und die Technologie zur reproduzierbaren Reparatur einer lokalen Schadstelle zu ermitteln.
Für das Reparaturschweißen an hochwertigen Bauteilen aus Sonderwerkstoffen, speziell für C45, können folgende Merkmale für den praktischen Einsatz hervorgehoben werden:
- Eine angepasste Pulsform ist nicht zwingen notwendig, sie wirkt sich aber stabilisierend auf das Erstarrungsverhalten des Schweißgutes, die Handhabung des Schweißzusatzwerkstoffes und positiv auf das Nahtaussehen aus.
- Die Fugenvorbereitung bzw. Nahtvorbereitung ist von großer Bedeutung. Ein Nahtöffnungswinkel von mindestens 45° ist notwendig, um Mehrfahrreflexionen innerhalb der Fehlstelle zu reduzieren.
- Eine teilmechanisierte Drahtzufuhr, bei welcher der Draht mechanisiert gefördert und manuell positioniert wird, erweist sich als sehr gut geeignet für das verschließen von Fehlstellen.
- Die vollständig manuelle Drahtführung ist hingegen nur für Schweißer zu empfehlen, die über einschlägige Erfahrung im Bereich Laserauftragschweißen mit manueller Drahtzufuhr verfügen, dies gilt auch für die Verwendung eines manuell geführten Laserhandkopfes.
Unter Berücksichtigung der genannten Merkmale ist erstmals ein fehlerfreies Reparieren von Fehlstellen am Werkstoff C45 ohne Vorwärmen und besonders starke Aufhärtung der WEZ und des Schweißgutes möglich.

Zielgruppe und Zielmarkt

Das Laserreparaturschweißen an kohlenstoffhaltigen Legierungen wurde bereits bei mehreren Industriepartnern aus ganz Europa im industriellen Einsatz am Endprodukt genutzt. Darüber hinaus liegen weitere Anfragen und Aufträge von Endkunden, Projektpartnern und weiteren regionalen Unternehmen zur Technologieeinführung oder im Dienstleistungsbereich vor.