Das Laserstrahl-Auftragschweißen ist eine Art additives Fertigungsverfahren, bei dem ein ausgewähltes Beschichtungsmaterial auf die Oberfläche eines Basisbauteils aufgebracht wird und eine metallurgische Verbindung mit dem Substrat eingeht. Durch diese Oberflächenbeschichtung wird die Beständigkeit des Grundmaterials gegen Korrosion, Verschleiß, hohe Temperaturen, Oxidation und bestimmte elektrische Eigenschaften erheblich verbessert. Sie dient dazu, die Oberfläche von Werkstücken so zu modifizieren oder zu reparieren, dass sie den spezifischen Leistungsanforderungen der Werkstoffe entspricht, und gleichzeitig wertvolle Ressourcen zu sparen, indem ein unnötiger Verbrauch von wertvollen Elementen vermieden wird.

Momentan, Laserauftragschweißen wird in erster Linie in mehreren Schlüsselbereichen eingesetzt: Oberflächenmodifizierung von Materialien wie Walzen, Gasturbinenschaufeln, Zahnrädern usw., um deren Leistung zu erhöhen; Oberflächenreparatur von Produkten wie Rotoren und Bohrern, bei denen die Reparaturkosten nur etwa 20% der Kosten für eine Neuherstellung betragen, wodurch die Reparaturzeit verkürzt und der dringende Bedarf an schnellen Reparaturen von Schlüsselkomponenten für einen kontinuierlichen und zuverlässigen Betrieb in Großunternehmen gedeckt wird. Zusätzlich, Laserauftragschweißen Technologie wird eine besonders verschleißfeste und korrosionsbeständige Legierung auf die Oberfläche von Formen aufgetragen, was die Lebensdauer dieser Komponenten erheblich verlängert.

Häufig verwendete Materialien für das Laser Cladding

Die am häufigsten verwendeten Materialien in Laserauftragschweißen Dazu gehören Nickelbasis-, Kobaltbasis- und Eisenbasislegierungen sowie Wolframkarbid-Verbundwerkstoffe. Unter diesen werden Werkstoffe auf Nickelbasis am häufigsten verwendet, da sie im Vergleich zu Werkstoffen auf Kobaltbasis kostengünstiger sind. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie Schweißen, Galvanisieren, Spritzen und chemisches Aufdampfen, Laserauftragschweißen Technologie bietet die folgenden Vorteile:

Schnelle Abkühlungsrate: Der schnelle Erstarrungsprozess ermöglicht es dem Werkstück, feinkörnige Strukturen zu erhalten oder neue Phasen wie Nichtgleichgewichtszustände oder amorphe Zustände zu erzeugen, die durch Gleichgewichtsverfahren nicht erreicht werden können.

Geringe Verdünnung des Claddings: Das Beschichtungsmaterial bildet eine starke metallurgische Verbindung oder eine Grenzflächendiffusionsverbindung mit dem Substrat. Durch Anpassung von Parametern wie Laserleistung, Spotgröße und Brennweite lässt sich eine hochwertige Beschichtung mit kontrollierter Zusammensetzung und Verdünnung erzielen.

Minimale thermische Verformung: Durch die hohe Leistungsdichte beim schnellen Auftragschweißen kann die Verformung kontrolliert und auf die Montagetoleranz des Teils reduziert werden. Wird das Bauteil nach dem Beschichten mit dem Laser einem Oberflächenveredelungsverfahren unterzogen, werden innere Spannungen beseitigt und die Sprödigkeit verringert, wodurch die besten Ergebnisse erzielt werden.

Flexible Puderauswahl: Es gibt fast keine Einschränkungen hinsichtlich der zu verwendenden Pulver, und jede Art von Pulvermaterial kann entsprechend den Prozessanforderungen ausgewählt werden, insbesondere in Fällen, in denen hochschmelzende Legierungen auf niedrigschmelzende Metalle aufgetragen werden.

Selektive Ummantelung: Laserauftragschweißen ermöglicht eine selektive Verkleidung, die den Materialverbrauch senkt und gleichzeitig die Leistung verbessert, was sie zu einer wirtschaftlich effizienten Lösung macht.

Erreichen schwer zugänglicher Gebiete: Laserauftragschweißen kann an schwer zugänglichen Stellen angebracht werden, sofern der Laserspot und das Pulver die gewünschten Bereiche erreichen können.

Breite Palette an Verkleidungsdicken: Die Dicke der Beschichtungsschicht kann variiert werden, und ein und derselbe Bereich kann mehrfach beschichtet werden, um die Qualität der Beschichtung zu verbessern.

Laserauftragschweißen in der Bauteilreparatur und -wartung

Schäden an Bauteilen, insbesondere an Antriebswellen, sind oft mit unregelmäßigem Verschleiß an verschiedenen Stellen wie Lagersitzen und freiliegenden Bereichen verbunden. Selbst Teile, die häufig verschlissen oder korrodiert sind, können nur in bestimmten Bereichen Schäden aufweisen. Viele Oberflächen können auch nicht kreisförmige und nicht lineare Merkmale aufweisen, so dass ein Plattierungsverfahren erforderlich ist, das sich in einem einzigen Arbeitsgang an mehrere Ausrichtungen anpassen kann. Dies ist eine besondere Herausforderung für herkömmliche geradlinige Maschinen, aber Roboter mit mechanischen Armen können menschenähnliche Bewegungen simulieren, um solche Aufgaben zu bewältigen, wodurch Laserauftragschweißen ideal für Teile mit nicht kreisförmigen und nicht linearen Merkmalen. Herkömmliche Werkzeugmaschinen, insbesondere CNC-Drehmaschinen, werden beim Plattieren noch immer häufig als Bewegungsträger eingesetzt.

Industrielle Anwendungen des Laserstrahl-Auftragschweißens

Momentan, Laserauftragschweißen ist in Branchen wie dem Schiffbau und dem Bergbau weit verbreitet, insbesondere bei der Herstellung oder Reparatur wichtiger großer beweglicher Teile. Die Möglichkeit, diese kritischen Komponenten schnell zu reparieren und zu verbessern, ist in diesen Branchen ein bedeutender Vorteil, da dadurch die Ausfallzeiten minimiert und die Lebensdauer teurer Maschinen verlängert werden.