Laserauftragschweißen: Verschleißschutz und Reparatur von Präzisionsteilen

Was ist Laserauftragschweißen und wie unterscheidet es sich vom Verbindungsschweißen?

Das Laserauftragschweißen ist ein präzises Verfahren zur gezielten Aufbringung von zusätzlichem Material auf eine bestehende Werkstückoberfläche. Es unterscheidet sich grundlegend vom Verbindungsschweißen, bei dem zwei oder mehr Werkstücke dauerhaft miteinander verbunden werden. Beim Laserauftragschweißen wird Material in Form eines Drahtes aufgeschmolzen und auf das Werkstück aufgetragen, wodurch eine neue Oberflächenschicht entsteht.

Verfahren und Einsatzmöglichkeiten

Im industriellen Umfeld wird das Laserauftragschweißen häufig eingesetzt, um verschlissene oder beschädigte Bauteile zu reparieren und ihre Lebensdauer zu verlängern. Besonders in der Instandhaltung von Werkzeugen und Maschinenkomponenten bietet dieses Verfahren erhebliche Vorteile. Die präzise Steuerung der Wärmeeinflusszone minimiert Verformungen und erhält die Materialeigenschaften des Grundwerkstoffs. Typische Laserleistungen für das Auftragschweißen liegen im Bereich von 300 bis 600 W, wobei die Wellenlänge häufig bei 1070 nm für Faserlaser liegt. Die Einschweißtiefe kann je nach Material und Prozessparametern zwischen 0,1 und 2,0 mm variieren.

Im Gegensatz zu pulverbasierten Verfahren wie dem Laser Metal Deposition (LMD) oder der additiven Fertigung, die ebenfalls zur Schichtaufbringung genutzt werden, arbeiten die Anlagen von Sigma Laser drahtbasiert und bieten eine höhere Präzision im Auftragsprozess. Typische Materialien für das Laserauftragschweißen umfassen Edelstähle wie 1.4301 und Werkzeugstähle wie 1.2343, die aufgrund ihrer guten Schweißeigenschaften häufig eingesetzt werden.

Unterschiede zum Verbindungsschweißen

• Ziel: Laserauftragschweißen zielt auf Materialauftrag, während Verbindungsschweißen das Fügen von Bauteilen fokussiert.
• Wärmeeinflusszone: Aufgrund der gezielten Wärmeeinbringung bleibt die WEZ beim Laserauftragschweißen minimal, was Verzug reduziert.
• Prozesssteuerung: Die Integration von Technologien wie der Swivel Optics ermöglicht eine hochpräzise Steuerung des Laserstrahls. Die Wiederholgenauigkeit der Positionierung kann bei modernen Anlagen im Bereich von ±0,01 mm liegen.

Durch den Einsatz von Sigma-Laser-Anlagen wie der Sineo Fibre oder der Sidanus Light lassen sich hochwertige Schichten aus Materialien wie Edelstahl oder Titan aufbringen, die den Anforderungen der DIN EN ISO 3834 entsprechen. Diese Anlagen bieten eine flexible Steuerung der Laserparameter, um die spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen zu erfüllen. Die Fraunhofer ILT hebt die Bedeutung der präzisen Prozesskontrolle hervor, um die Qualität und Konsistenz der aufgebrachten Schichten sicherzustellen.

Alle Werte sind allgemeine Prozessbereiche und nicht spezifisch für ein Sigma Laser Modell.

Wofür wird Auftragschweißen eingesetzt? Verschleißschutz und Reparatur

Das Laserauftragschweißen ist ein präzises Verfahren, das im industriellen Umfeld zur Reparatur und zum Schutz von Bauteilen eingesetzt wird. In der Fertigung und Instandhaltung bietet es durch den gezielten Materialauftrag erhebliche Vorteile. Besonders im Werkzeugbau ist der präzise Konturaufbau entscheidend, um verschlissene Funktionsflächen und Kanten zu erneuern und teure Einzelteile wirtschaftlich instand zu setzen.

Verschleißschutz und Präzisionsreparatur

Im Bereich des Verschleißschutzes ermöglicht das Laserauftragschweißen die Verstärkung stark beanspruchter Bauteile durch gezielten Materialauftrag. Dies reduziert die Notwendigkeit für kostspielige Ersatzteile und verlängert die Lebensdauer der Maschinenkomponenten. Für die Reparatur ist das Verfahren besonders geeignet, um Bearbeitungsfehler zu korrigieren und Bauteile schnell wieder einsatzbereit zu machen.

Anwendung im Werkzeugbau

Im Werkzeugbau spielt das Laserauftragschweißen eine entscheidende Rolle. Es erlaubt die präzise Korrektur von Werkzeugkonturen und die Instandsetzung komplexer Geometrien. Weitere Informationen zu den Anwendungen im Werkzeugbau finden Sie im Blogartikel zum Laserschweißen im Werkzeug- und Formenbau.

In der Werkzeuginstandsetzung sind die mobilen Anlagen von Sigma Laser, wie die Sineo Light und Sirius Light, besonders geeignet. Diese Systeme bieten durch ihre Flexibilität und die Integration von Technologien wie der Schwenkoptik (Swivel Optics) erhebliche Vorteile.

• Präziser Materialauftrag für komplexe Geometrien
• Reduzierung der Wärmeeinflusszone (WEZ) für minimalen Verzug
• Effiziente Reparatur von Hochleistungswerkzeugen

Das Verfahren des Laserauftragschweißens, im Gegensatz zu traditionellen Verfahren wie dem WIG-Schweißen, bietet exakte Steuerbarkeit und hohe Wiederholgenauigkeit. Dies macht es zur idealen Lösung für Anwendungen, bei denen Präzision und Standfestigkeit der geschweißten Bauteile entscheidend sind.

Die Einhaltung von Normen wie der EN ISO 15614, die die Qualifizierung von Schweißverfahren regelt, ist essenziell, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Schweißverbindungen sicherzustellen. Für die Strahlcharakterisierung ist die ISO 11146 relevant, die die Bewertung der Strahlqualität und -stabilität ermöglicht.

Materialien wie hochlegierte Stähle (z. B. 1.2343) und rostfreie Stähle (z. B. 1.4301) sind häufige Kandidaten für das Laserauftragschweißen, da sie von der präzisen Wärmesteuerung und der geringen WEZ profitieren.

Schritt für Schritt: So läuft eine Auftragschweißung ab

Das Laserauftragschweißen ist ein präzises Verfahren, das in der industriellen Instandhaltung und Reparatur von Werkzeugen und Bauteilen verwendet wird. Diese Methode ermöglicht es, Bauteile durch das Auftragen von Zusatzmaterialien zu reparieren oder zu modifizieren, ohne die bestehende Struktur erheblich zu beeinträchtigen. Im Folgenden werden die wesentlichen Schritte einer typischen Auftragschweißung beschrieben.

1. Schadstelle bewerten und reinigen: Zunächst wird die Schadstelle gründlich inspiziert, um das Ausmaß des Schadens zu beurteilen. Anschließend erfolgt die Reinigung der Oberfläche, um Verunreinigungen zu entfernen, die die Qualität der Schweißung beeinträchtigen könnten.
2. Zusatzdraht nach Grundwerkstoff wählen: Der passende Zusatzdraht muss basierend auf der Werkstoffnummer des Grundmaterials ausgewählt werden. Bei Edelstahl wie 1.4301 oder Werkzeugstahl wie 1.2343 ist die Kompatibilität entscheidend für eine hochwertige Verbindung.
3. Bauteil spannen und Programm wählen: Das Bauteil wird in der Sigma-Laser-Anlage, beispielsweise der Sidanus Light, sicher fixiert. Anschließend wird das entsprechende Schweißprogramm ausgewählt, das die spezifischen Anforderungen des Bauteils berücksichtigt.
4. Lagenweiser Aufbau der Kontur: Mit präziser Steuerung erfolgt nun der schichtweise Aufbau der neuen Kontur. Die Schichtdicke und die Einschweißtiefe werden dabei sorgfältig überwacht, um eine homogene Verbindung zu gewährleisten. Typischerweise liegt die Einschweißtiefe im Bereich von wenigen Millimetern, abhängig von der Leistung und dem Fokusdurchmesser des Lasers.
5. Kontrolle über die Leica-10×-Optik: Während des Prozesses wird die Schweißnaht kontinuierlich mit der Leica-10×-Optik überwacht, um sicherzustellen, dass die Qualität den hohen Standards entspricht. Diese Überwachung ist entscheidend, um die Integrität der Wärmeeinflusszone (WEZ) zu gewährleisten und mögliche Defekte frühzeitig zu erkennen.
6. Mechanische Nacharbeit und Politur: Nach Abschluss des Schweißvorgangs erfolgt eine mechanische Nachbearbeitung, um die Oberfläche zu glätten und die gewünschten Toleranzen zu erreichen. Eine abschließende Politur sorgt für eine makellose Oberfläche.

Diese Schritte gewährleisten eine effektive und präzise Durchführung des Laserauftragschweißens, das sich in der additiven Fertigung sowie in der Reparatur von hochwertigen Werkzeugen und Bauteilen als äußerst nützlich erweist. Typische Laserleistungen für das Auftragschweißen können bis zu einigen Hundert Watt betragen, wobei die Strahlqualität und der Fokusdurchmesser entscheidend für die Präzision des Verfahrens sind. Die Einhaltung von Standards wie der DIN EN ISO 4063:2011-09 ist dabei essenziell, um eine gleichbleibende Qualität sicherzustellen.

Welcher Zusatzdraht für welchen Grundwerkstoff?

Das Laserauftragschweißen ist ein hochpräzises Verfahren, das in der Werkzeugherstellung und -reparatur eingesetzt wird, um verschlissene oder beschädigte Bereiche von Bauteilen zu reparieren oder neue Schichten hinzuzufügen. Die Wahl des richtigen Zusatzdrahts spielt dabei eine entscheidende Rolle, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften wie Härte und Polierbarkeit der Auftragslage zu erreichen.

Artgleiche vs. artfremde Zusatzdrähte

Die Entscheidung zwischen artgleichen und artfremden Zusatzdrähten hängt von den spezifischen Anforderungen des Bauteils und des Grundwerkstoffs ab. Bei der Anwendung auf Werkzeugstähle wie 1.2343 oder 1.2344 ist es wichtig, die chemische Zusammensetzung und die thermische Belastbarkeit des Drahts zu berücksichtigen, um eine optimale Verbindung und Materialeigenschaften sicherzustellen.

• Artgleiche Zusatzdrähte: Ideal für Anwendungen, bei denen eine homogene Materialstruktur und ähnliche mechanische Eigenschaften wie der Grundwerkstoff erforderlich sind.
• Artfremde Zusatzdrähte: Werden eingesetzt, um spezifische Eigenschaften wie erhöhte Verschleißfestigkeit oder Korrosionsbeständigkeit zu erzielen.

Weitere Informationen zur Drahtzufuhr und Verfahrensmöglichkeiten finden Sie in unserem Blogbeitrag über Laserschweißen mit Zusatzdraht.

Härte und Polierbarkeit der Auftragslage

Die Härte der Auftragslage kann durch die Wahl des Zusatzdrahts und die Parameter des Laserauftragschweißverfahrens beeinflusst werden. Eine höhere Härte wird oft durch langsamere Abkühlraten erreicht, während die Polierbarkeit durch die Wahl eines Drahts mit feinkörniger Struktur verbessert werden kann.

Für vertiefte Informationen zu den Werkstoffeigenschaften empfehlen wir unseren Blogbeitrag über das Laserschweißen von Werkzeugstahl.

Beim Einsatz von Sigma Laser Maschinen wie der Sidanus Fibre, die mit Ytterbium-Faserlasern arbeiten, können durch die präzise Steuerung der Laserparameter eine hohe Wiederholgenauigkeit und gleichbleibende Qualität der Auftragslage erreicht werden. Diese Maschinen sind besonders geeignet für Anwendungen, die eine hohe Präzision und minimale thermische Belastung erfordern.

Die Einhaltung von Normen wie der EN ISO 15614, die die Qualifizierung von Schweißverfahren regelt, ist entscheidend, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Schweißverbindungen sicherzustellen. Weitere Informationen zum Laserauftragschweißen und den dazugehörigen Normen finden Sie beim Fraunhofer ILT.

Präzision statt Masse: Auftrag im Zehntelmillimeter-Bereich

Das Laserauftragschweißen bietet eine präzise Methode zur gezielten Materialergänzung, insbesondere bei Anwendungen, die hohe Genauigkeit erfordern. Im Gegensatz zum großflächigen Plattieren im Schwermaschinenbau konzentriert sich diese Technologie darauf, Material nur dort aufzutragen, wo es tatsächlich benötigt wird, wodurch die Nacharbeit minimiert wird. Typische Leistungsbereiche für industrielle Laser im Auftragschweißen liegen zwischen 300 und 600 W, wobei die Wellenlänge häufig bei 1070 nm für Faserlaser liegt. Die Strahlqualität, gemessen als M²-Wert, bewegt sich in der Regel um 1,1 bis 1,5, was eine hohe Präzision ermöglicht.

Gepulster Feinauftrag für minimale Aufmischung

Mit den Sigma-Laser-Anlagen wie der Sidanus Light oder Sineo Fibre wird ein gepulster Feinauftrag realisiert, der eine besonders geringe Wärmeeinflusszone (WEZ) aufweist. Dies führt zu minimaler Aufmischung des Grundmaterials und einer präzisen Einschweißtiefe, was speziell für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik von Vorteil ist. Die minimale WEZ trägt dazu bei, die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials zu erhalten, was für hochfeste Stähle wie 1.4301 oder 1.2343 entscheidend ist.

Vorteile der drahtbasierten Technologie

• Reduzierte thermische Belastung der Werkstücke
• Höhere Genauigkeit im Vergleich zu pulverbasiertem Laser Metal Deposition
• Flexibilität bei der Bearbeitung komplexer Geometrien durch 5-Achs-Systeme
• Wirtschaftlichere Materialnutzung durch gezielten Auftrag
• Typische Toleranzen im Bereich von ±0,1 mm ermöglichen eine hohe Präzision bei der Bearbeitung

Die Anlagen von Sigma Laser bieten durch ihre drahtbasierte Technologie klare Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren der additiven Fertigung. Der präzise Materialauftrag ermöglicht es, Edelstahl und Titan effizient zu bearbeiten, ohne dass umfangreiche Nachbearbeitungen erforderlich sind. Die drahtbasierte Technik minimiert zudem die Gefahr von Porenbildung und erhöht die Dichte der aufgetragenen Schichten, was die mechanischen Eigenschaften verbessert.

Industrielle Anwendungen

Die präzisen Auftragstechniken finden besonders in Branchen Anwendung, die feine Toleranzen und individuelle Anpassungen erfordern. Werkzeugmacher profitieren von der Möglichkeit, Verschleißteile gezielt zu reparieren oder zu optimieren, während Instandhaltungsabteilungen durch den reduzierten Materialverbrauch und die geringere Bearbeitungszeit Kosten sparen können. In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird das Verfahren genutzt, um Bauteile mit komplexen Geometrien und hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität herzustellen. Die Einhaltung von Normen wie der EN ISO 15614 zur Qualifizierung von Schweißverfahren stellt sicher, dass die Prozesse den hohen industriellen Standards entsprechen.

5-Achs-CNC-Auftragschweißen: komplexe Konturen automatisiert aufbauen

Im industriellen Fertigungsprozess ermöglicht das 5-Achs-CNC-Laserauftragschweißen eine präzise und automatisierte Bearbeitung komplexer Konturen. Dank der X·Y·Z·C·D-Kinematik können Freiformflächen mit hoher Genauigkeit aufgebaut werden. Diese Technologie eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen hohe Wiederholgenauigkeit und Prozessstabilität gefordert sind, wie bei der Reparatur und dem Aufbau verschlissener Werkzeugkomponenten.

Ein wesentlicher Vorteil der Sigma-Laseranlagen, wie der Sidanus Light oder der Sineo Light, ist der integrierte 50-Programm-Speicher. Dieser ermöglicht es, häufig wiederkehrende Reparaturprozesse effizient durchzuführen und die Anforderungen der GSC-Nachfrage nach CNC-Auftragschweißen zu erfüllen. Im Vergleich zu herkömmlichen WIG-Schweißverfahren bietet das drahtbasierte Laserauftragschweißen eine geringere Wärmeeinflusszone und somit eine reduzierte Materialverformung.

Die Anwendung der 5-Achs-Kinematik erlaubt es, selbst komplexe Bauteilgeometrien präzise zu bearbeiten. Diese Flexibilität macht den Einsatz in verschiedenen Branchen attraktiv, darunter die Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik. Dank der Möglichkeit, verschiedene Materialien wie Edelstahl oder Titan zu verarbeiten, ist die Technologie vielseitig einsetzbar.

Die Einhaltung der Normen wie der DIN EN ISO 4063:2011-09 für Laserschweißprozesse gewährleistet eine standardisierte und qualitätsgesicherte Durchführung der Schweißarbeiten. Dies ist besonders wichtig in sicherheitskritischen Anwendungen, wie sie in der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik vorkommen.

Vorteile der 5-Achs-CNC-Technologie

• Ermöglicht präzise Bearbeitung von Freiformflächen
• Reduzierte Wärmeeinflusszone im Vergleich zu WIG-Schweißen
• 50-Programm-Speicher für wiederkehrende Prozesse
• Geeignet für verschiedene Materialien wie Edelstahl und Titan
• Einsatz in anspruchsvollen Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Automobil
• Hohe Prozessstabilität und Wiederholgenauigkeit durch präzise Steuerung der Laserparameter

Die Kinematik-Tiefe bietet umfassende Möglichkeiten, um den Anforderungen moderner Fertigungsprozesse gerecht zu werden. Indem sie auf die spezifischen Bedürfnisse der Werkzeugmacher und Instandhalter eingeht, stellt die 5-Achs-CNC-Technologie eine zukunftsweisende Lösung dar.

Nächste Schritte: Reparaturfall bewerten lassen

Beim Reparieren beschädigter Bauteile spielt das Laserauftragschweißen eine entscheidende Rolle. Dieses Verfahren ermöglicht es, Material präzise aufzutragen und die ursprüngliche Geometrie des Bauteils wiederherzustellen. Dabei ist die Beurteilung des Schadensbildes, des verwendeten Werkstoffs und der Zugänglichkeit des betroffenen Bereichs wichtig. Besonders bei schwer zugänglichen oder nicht transportfähigen Teilen sind mobile Laserschweißverfahren, wie die Sineo Light und Sineo Fibre Anlagen von Sigma Laser, eine optimale Lösung. Weitere Details finden Sie im Mobil-Cluster.

Entscheidungskriterien

• Schadensbild: Art und Ausmaß der Beschädigung bestimmen die Notwendigkeit und den Umfang der Reparatur.
• Werkstoff: Unterschiedliche Materialien wie Edelstahl oder Titan erfordern spezifische Schweißparameter und -techniken. Die Kompatibilität mit verschiedenen Werkstoffen ist entscheidend, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
• Zugänglichkeit: Bei eingeschränktem Zugang ermöglicht das mobile System von Sigma Laser präzises Arbeiten auch in engen Räumen.

Durch die Anwendung von Laser Metal Deposition im Rahmen der additiven Fertigung lassen sich Reparaturen effizient umsetzen. Die Anlagen von Sigma Laser bieten hier eine präzise Steuerung und flexible Einsatzmöglichkeiten, um die Produktionsprozesse zu optimieren. Für eine umfassende Anwendungsberatung stehen Ihnen unsere Experten zur Verfügung.

Das Laserauftragschweißen wird gemäß der Norm DIN EN ISO 4063:2011-09 klassifiziert, die die verschiedenen Schweißprozesse standardisiert und beschreibt DIN EN ISO 4063:2011-09. Die Einhaltung solcher Normen gewährleistet die Reproduzierbarkeit und Qualität der Schweißverbindungen, was insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen von Bedeutung ist.