Metallgas- und Laserschweißen
Ausbruchsicherer Lichtbogen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
So funktioniert es
Im Hybridprozess wird der Lichtbogen zwischen Drahtende und Substrat von der Laserstrahlung, kegelförmig, wie von einem Kragen (englisch: Collar) umschlossen. Die Idee hinter dieser Kombination ist, dass der Lichtbogen aus diesem Kragen nicht ausbrechen kann und zwangsgeführt wird. Dieser »Zwangsführung« verdankt das neue Verfahren auch den Namen COLLAR Hybrid, wobei das Akronym COLLAR auf die gemeinsame koaxiale Strahlführung (Coaxial Laser Arc) der beiden Verfahren hinweist.
Während das Fraunhofer ILT die neue Systemtechnik zur Weiterentwicklung des metallischen 3D-Drucks mit Ringstrahl-Laser und Lichtbogen verwendet, nutzt es das Institut für Schweiß- und Fügetechnik ISF der RWTH Aachen University im DVS-Forschungsprojekt KoaxHybrid zur Entwicklung des richtungsunabhängigen Hybridschweißens mit Ringfokus und koaxialer Drahtzuführung.
Für nichtlineares Fügen geeignet
Doch nicht nur die höhere Schweißgeschwindigkeit, die sich laut ersten Versuchen im Vergleich zum Lichtbogenschweißen um rund 100 Prozent erhöhte, zeichnet das neue Hybridverfahren aus. »Wenn es darum geht, nicht nur lineare Nähte zu schweißen, wird es schwierig«, sagt Steiner. »An jeder Ecke oder Kurve müsste der konventionelle Aufbau gedreht werden, was zu großem Programmieraufwand bei der Bahnplanung führt.« Als Alternative bietet sich das COLLAR-Verfahren an, mit dessen Optik richtungsunabhängig in alle Richtungen geschweißt werden kann. Zudem verspricht es einen weiteren positiven Effekt: »Wir erwarten, dass bei dicken Blechen durch den geführten Lichtbogen neue, weniger aufwendige Schweißnahtvorbereitungen an den Fügepartnern ausreichen.«
Lichtbogen und Laser teilen sich die Arbeit
Wenn sehr feine und grobe Strukturen gefragt sind, können die Anteile der Prozesse variiert werden. Mittels eines reinen oder mehrheitlichen Laserprozesses bei abgeschaltetem Lichtbogen können die anspruchsvollen Stellen und feinen Strukturen und mittels eines mehrheitlichen Lichtbogenprozesses die gröberen Strukturen, wie z. B. breite Rippen oder Bereiche mit großen Auftragraten, deutlich schneller, kostengünstiger und mit weniger Energieaufwand aufgeschweißt werden.
Ähnliche Aufbaustrategien bieten sich auch bei Werkstoffen wie Aluminium oder Kupfer an, die sonst in der Regel deutlich teurere Strahlquellen mit blauem oder grünem Laserlicht erfordern. »Ich breche z. B. mit dem Lichtbogen die Aluminiumoxidschicht mit der Schmelztemperatur von 2200 °C auf«, berichtet Steiner von einem erfolgreichen Versuch. »Die darunter liegende Aluminiumschicht besitzt aber nur noch eine Schmelztemperatur von 660 °C, die ich dann mit insgesamt geringerer Leistung schweißen oder bearbeiten kann.«
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