Fraunhofer-Projekt Neues Projekt Koaxhybrid vereint Lichtbogen- und Laserauftragschweißen

Von Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT

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In Aachen entwickelte das Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT ein neues Verfahren, welches das Metallschutzgas-Schweißen mit dem Laserauftragschweißen mit Ringstrahl kombiniert.

Laserprozess und Lichtbogenauftrag kombiniert das neue Collar-Hybrid-Verfahren.
Laserprozess und Lichtbogenauftrag kombiniert das neue Collar-Hybrid-Verfahren.
(Bild: Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT)

Indem die beiden additiven Verfahren zu einem hybriden System verknüpft werden, vergrößert sich die Schweißgeschwindigkeit um circa 100 % und die Auftragrate soll sich um bis zu 150 % erhöhen. Sofern bietet sich das neue 3D-Druckverfahren auch für große Bauteile an, zudem ist der Aufwand der Nachbearbeitung geringer.

Beide Verfahren bieten je nach System Vor- und Nachteile: Wo der Laserprozess sehr teuer ist und niedrige Auftragraten hat, ist der Lichtbogen richtungsabhängig und eingeschränkt beim Fügen von 3D-Nähten. Gleichzeitig besitzt der Laser aber einen geringeren Wärmeeintrag und richtet den Schichtaufbau präzise aus. Dadurch findet der Laserprozess häufig Anwendung in der Luft- und Raumfahrt. Das Lichtbogenauftragschweißen (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) besitzt dazu eine im Vergleich zum Laser (Wire Laser Material Deposition, WLMD) größere Auftragrate.

Collar-Hybrid-System

Damit der Lichtbogen sich genauer fokussieren lässt, entwickelte Fabian Steiner, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ILT, mit einer Kollegin eine Spezial-Optik mit Glassubstraten plus wassergekühltem Lichtbogenbrenner. Dabei werden die Stärken der beiden Energiequellen gewinnbringend genutzt. Bei dem Prozess wird der Lichtbogen zwangsgeführt und von einem Kragen (englisch = „collar“) umschlossen, wodurch das neue Verfahren auch seinen Namen erhält. Zusätzlich weisen beide Einzelverfahren eine koaxiale Strahlführung auf.

Das DVS-Forschungsprojekt an der RWTH Aachen University nutzt das Collar-Hybrid-System, um nichtlinear mit Ringfokus und koaxialer Drahtzuführung zu schweißen. Steiner sieht neben dem Vorteil des richtungsunabhängigen Schweißens einen weiteren Mehrwert: „Wir erwarten, dass bei dicken Blechen durch den geführten Lichtbogen neue, weniger aufwendige Schweißnahtvorbereitungen an den Fügepartnern ausreichen.“

Lichtbogen und Laser arbeiten Hand in Hand

Mit reinem, beziehungsweise mehrheitlichem Laserprozess werden anspruchsvolle, feine Stellen aufgeschweißt; bei gröberen Strukturen eignet sich der mehrheitliche Lichtbogenprozess, um Energie, Kosten und Zeit zu sparen. Mit der Technik lassen sich auch Aluminium oder Kupfer deutlich günstiger bearbeiten. Laut Steiner besitze die obere Oxidschicht bei Aluminium eine deutlich höhere Schmelztemperatur als die darunter liegende, sodass dann mit weniger Leistung geschweißt werden könne.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal Industry of Things erschienen.

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