DE102018205206A1 - Vorrichtung und Verfahren zum gepulsten Laserdrahtschweißen - Google Patents

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Abstract

Durch eine pulsförmige Vortreibung eines Drahtwerkstoffes oder gepulste Laserstrahlung ist es möglich, eine Auftragschweißung durchzuführen mit einer minimalen Energieeinkopplung in den Grundwerkstoff.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei dem ein Draht mittels Laseraufschmelzung zum Schweißen verwendet wird.
  • Beim CMT-Schweißen (Cold Metal Transfer) handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Lichtbogenschweißverfahrens (MIG/MAG-Schweißens) mit einer speziellen Methode zur Tropfenablösung. Neben einem pulsierenden Schweißstrom (Impulsschweißen) wird bei diesem Verfahren zusätzlich der Schweißdraht mit hoher Frequenz vor und zurück bewegt. Der unter Spannung stehende Schweißdraht wird in Richtung Grundwerkstoff bewegt bis ein Kurzschluss gebildet und eine Tropfenablösung am Schweißdraht erzielt wird. Nach dem Einstellen des Stromflusses wird rechnergesteuert die Stromzufuhr unterbrochen und der Schweißdraht wird in die entgegengesetzte Richtung zurückbewegt. Vorteile dadurch sind eine kleine Wärmeeinflusszone und sehr geringe Aufmischung (Mischung aus Schweißzusatz und Grundwerkstoff).
    Das Laserstrahl-Auftragschweißen mit Drahttechnologie ist bekannt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung das Verfahren zu verbessern.
  • Ein vergleichbarer Prozess kann mit Hilfe von gepulster Laserstrahlung und gepulstem Drahtvorschub erzielt werden. Durch diese Vorgehensweise ist eine noch kleinere Energieeinkopplung im Vergleich zum CMT in den zu schweißenden Grundwerkstoff möglich.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 2.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
  • Eine insbesondere koaxiale Zuführung des Drahtwerkstoffs mit gepulster Laserstrahlung und synchron gepulster Drahtzufuhr ist noch nicht Stand der Technik.
  • Es zeigt die Figur schematisch die Vorrichtung und Vorgehensweise der Erfindung.
  • Die Beschreibung und die Figur stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Die Figur zeigt eine Vorrichtung 1, bei der ein Draht 7 pulsförmig und insbesondere kontrolliert in Richtung 5 eines Substrats 13 durch eine nicht näher dargestellte Drahtzufuhr 4 vorgetrieben wird.
  • Auf dem Substrat 13 ist eine auftraggeschweißte Spur 16 vorhanden oder sie 16 wird erzeugt.
  • Im Bereich eines Fokus 22 des zumindest einen Laserstrahls 28', 28", die insbesondere ringförmig erzeugt werden, wird das Ende des Drahts 7 aufgeschmolzen und erzeugt ein Schmelzbad 19 auf dem Substrat 13. Die Laserstrahlen schmelzen nicht direkt das Substrat 13 auf.
  • Der Draht 7 wird vorzugsweise nicht vorgewärmt.
  • Durch einen Laser werden Laserstrahlen 28', 28" erzeugt, die den Draht 7 an einem Ende 31 aufschmelzen, aber vorzugsweise kaum bzw. gar nicht das Substrat 13 berühren. Die Laserstrahlen 28', 28" werden vorzugsweise gepulst und synchron mit dem pulsförmig vorgetriebenen Draht 7 betrieben. Es wird eine Laserstrahlung mit Intensitätsmaximum 34 in der Intensitätsverteilung 33 hin zum Schmelzbad 19 erzeugt, d.h. es liegt eine asymmetrische Intensitätsverteilung 33 vor.
  • Vorrichtung und Vorgehensweise (Vorzugsbeispiel):
    • - Anlagentechnologie für das Laserdraht-Schweißen mit koaxial zugeführtem Drahtwerkstoff (ringförmig angeordnete Einstrahl- oder Mehrstrahltechnik);
    • - Verwendung von gepulster Laserstrahlung mit einer maximalen Intensitätsverteilung hin zum Schmelzbad;
    • - Verwendung eines kontrolliert, pulsförmig zugeführten Drahtwerkstoffs;
    • - Synchronisation von pulsförmig zugeführtem Drahtwerkstoff und gepulster Laserstrahlung.
  • Dadurch wird eine Tropfenerzeugung vergleichbar wie beim CMT Cold Metal Transfer erzeugt. Bei diesem Laserdrahtschweißen wird der Zusatzwerkstoff oberhalb des Grundwerkstoffs aufgeschmolzen und in das Schmelzbad getrieben.
  • Vorteil ist die Zuführung der Schmelzwärme rein über den Drahtwerkstoff und damit eine minimale Energieeinkopplung in den Grundwerkstoff.
    Das Verfahren ist damit geeignet für schwer schweißbare wie insbesondere Nickelbasis-Superlegierungen.

Claims (7)

  1. Vorrichtung (1) zum gepulsten Laserdrahtschweißen, zumindest aufweisend: eine Drahtzufuhr (4), insbesondere für eine koaxiale Zufuhr, die es erlaubt einen Draht (7) pulsförmig in einer Richtung (5) vorzutreiben, einen Laser, der gepulst werden kann, der zumindest einen Laserstrahl (28', 28") erzeugen kann, so dass ein Ende (31) des Drahts (7) aufgeschmolzen werden kann, sowie eine Unterlage (10) oder Halterung für ein Substrat (13), auf dem (13) eine Auftragschweißung (16) erfolgen soll.
  2. Verfahren zum gepulsten Laserdrahtschweißen, insbesondere mit einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei dem ein Draht (7) pulsförmig in eine Richtung (5) vorgetrieben wird, insbesondere koaxial, und der Draht (7) an seinem Ende (31) durch zumindest einen pulsierenden Laserstrahl (28', 28"), insbesondere durch zwei Laserstrahlen (28', 28") aufgeschmolzen wird, wobei der zumindest eine Laserstrahl (28', 28") das Substrat (13), auf dem (13) eine Auftragschweißung (16) erfolgen soll, nicht unmittelbar aufschmilzt.
  3. Vorrichtung oder Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine gepulste und insbesondere ringförmige Laserstrahlung (28', 28") erzeugt werden kann oder verwendet wird.
  4. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, aufweisend eine kontrollierte Drahtzufuhr (4) oder bei dem die Drahtzufuhr kontrolliert wird.
  5. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem eine Laserstrahlung (28', 28") mit Intensitätsmaximum (34) hin zum Schmelzbad (19) erzeugt werden kann oder verwendet wird.
  6. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem die Laserstrahlung (28', 28") und die Drahtzufuhr (4) synchron gesteuert werden kann oder wird.
  7. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, die keine Drahtvorwärmung ermöglicht oder durchführt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117020423A (zh) * 2023-10-08 2023-11-10 中国长江电力股份有限公司 大电流集电环表面蚀坑修复的激光熔丝加工装置及工艺

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