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Laserauftragschweißen

Haltbarer Verschleißschutz braucht richtige Laserstrategie

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Schweißstrategie muss differenziert sein

Anwender, die auf diodenlaserbasiertes Laserauftragschweißen setzen, sollten nun freilich nicht undifferenziert auf möglichst hohe Flächenraten abzielen. Auch wenn es sicherlich wünschenswert ist, mithilfe der Breitstrahldüse in einem Durchgang besonders hohe Auftragraten zu erreichen, sollte gerade bei Klingen und Messern sehr genau geprüft werden, ob dies wirklich der richtige Ansatz ist. Denn die Wahl von Pulverdüse und Strahlgeometrie entscheidet über den Erfolg des Verfahrens.

Grund ist die Bauteilgeometrie vieler Maschinenmesser: Sie verjüngen sich in Richtung Schnittkante und laufen schließlich spitz zu, woraus erhöhte Wärmeempfindlichkeiten am scharfen Kanten- beziehungsweise Spitzenbereich resultieren. Filigrane Schnittkanten können sich verformen oder sogar abschmelzen, wenn die Wärme nicht über die materialstärkeren Bauteilzonen abgeführt werden kann. Wird eine Klinge aber per Breitstrahldüse bearbeitet und dadurch flächendeckend erwärmt, ist dieser Ausweg versperrt und es kommt zu einem Wärmestau im Schnittkantenbereich, der Klinge und Schichtmaterial Schäden zufügen kann. In diesem Fall ist der Vorteil des Laserauftragschweißens verschenkt und das Ergebnis nicht besser als bei einfachen MAG-Auftragschweißprozessen.

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Entgegen der landläufigen Auffassung sollten Anwender deshalb speziell bei geringen Bauteilvolumina und spitz zulaufenden Kanten einen mehrstufigen Beschichtungsprozess anstreben, bei dem zunächst nur der dünnere Kantenbereich bearbeitet wird. Das lässt Raum für eine Wärmeabführung über die materialstärkeren Bauteilregionen und beugt Verformungen oder gar Zerstörungen des Kantenbereichs vor. Empfehlenswert sind klassische Rundstrahldüsen, mit denen sehr punktgenau beschichtet werden kann und die auch Richtungswechsel optimal unterstützen. Die großflächigere Beschichtung materialstarker Bereiche kann dann zum Beispiel per Breitstrahldüse realisiert werden. Beide Schritte lassen sich je nach Schichtauslegung mehrfach wiederholen; mehrlagige Beschichtungen sind also auch mit diesem mehrstufigen Beschichtungskonzept möglich.

Ein Lasersystem für mehrere Prozessschritte

Um eine mehrstufige Maschinenmesserbeschichtung zu realisieren, müssen Anwender nicht in zwei getrennte Lasersysteme investieren. Fasergekoppelte Diodenlaser wie die Systeme der Laserline-LDF-Serie bieten mehrere Faserabgänge, die über eine Strahlweiche adressiert werden können. Das ermöglicht Systemkonfigurationen, bei denen der erste Abgang für Rundstrahl-, der zweite für Breitstrahlbeschichtung und bis zu zwei weitere für alternative Prozesse wie Härten oder Verbindungsschweißen vorgehalten werden. Damit lassen sich mithilfe eines Lasersystems alle Maßnahmen zur Erhöhung der Messerstandzeit durchführen. Wird nur ein Faserabgang benötigt, etwa weil lediglich Kantenbereiche beschichtet werden sollen, können auch die Laserline-LDM-Systeme ausreichend sein. Sie bieten in einem 19‘‘-Einschub vollwertige Lasersysteme mit bis zu 8 kW Ausgangsleistung und lassen sich aufgrund ihrer kompakten Bauart problemlos in Schweißanlagen integrieren.

Auch für die Anpassung der Prozessparameter an die Schnittkantengeometrien bieten die Laserline-Systeme Konfigurationsmöglichkeiten. So lässt sich zum einen die Ausgangsleistung binnen Millisekunden feinabgestuft regulieren. Zum anderen ermöglichen Bearbeitungsoptiken wie die Laserline-OTZ-Zoomoptiken mit Stellmotor sogar Fokusänderungen im laufenden Prozess. Beides stellt im Verbund mit den einfachen Richtungswechseln der Rundspots und den hohen Flächenraten breiter Linienspots eine Adaption an alle Bauteilstrukturen und damit eine sachgerechte Beschichtung aller Messerbereiche sicher.

* Dr.-Ing. Thomas Molitor arbeitet im technischen Vertrieb der Laserline GmbH in 56218 Mülheim-Kärlich

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