Die Göppinger Edelstahl-Mechanik setzt auf das Laserstrahl-Pulverschweißen: Es bietet eine höhere Prozessstabilität und eine bessere Bauteil-Zugänglichkeit als das konventionelle Laserschweißen mit Draht.
Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Bernhard Reichenbach
Geringer Bauteilverzug, hohe Flexibilität, gute Automatisierbarkeit und hohe Schweißgeschwindigkeiten – das sind einige der verfahrenstechnischen Stärken von Laserstrahl-Schweißverfahren. Beim konventionellen Laser-Fügen mit Zusatzwerkstoffen werden diese Werkstoffe in Drahtform zugeführt. Hieraus resultieren besonders im 3D-Bereich zwei typische Probleme: mangelhafte Bauteil-Zugänglichkeit aufgrund der Anbaukomponenten zur Drahtzufuhr sowie ungenügende Prozessstabilität. Geometrisch anspruchsvolle Konturen können nur schwer bearbeitet werden, da es immer wieder zu Drahtstau kommt.
Ein neues Verfahren eliminiert die genannten Probleme: das Laserstrahl-Pulverschweißen. Die vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V., Stuttgart, entwickelte Füge-Variante soll selbst hohen Bauteil-Ansprüchen gerecht werden. Der Hauptunterschied zum herkömmlichen Laser-Schweißen ist, dass der Zusatzwerkstoff in Form von Pulver über eine speziell geformte Düse bis zur Bearbeitungsstelle geführt wird. Bei dieser Düse umströmt ein Schutzgas den Pulverstrom koaxial. Der so entstehende Pulverstrahl wird auf einer Lauflänge von etwa 30 mm drahtähnlich fokussiert. Darüber hinaus schützt das Gas die Bearbeitungsstelle vor Oxidation.
Der Pulverförderer dosiert den Zusatzwerkstoff präzise und transportiert ihn kontinuierlich bis zum Schweißkopf. Wird die Pulvermenge entsprechend angepasst, können selbst größere Schweißspalte überbrückt werden. Ein weiterer Vorteil des Laserstrahl-Pulverschweißens ist das geringe Gewicht der Düseneinrichtung gegenüber Drahtfördersystemen. Außerdem erübrigt sich die separate Schutzgasdüse.
Die Edelstahl-Mechanik GmbH, Göppingen, ist nach eigenen Angaben das erste Unternehmen in Europa, das das Laserstrahl-Pulverschweißen in der Lohnfertigung einsetzt. Gekoppelt ist es an einen Nd:YAG-Laser mit 4 kW Ausgangsleistung sowie einen 6-Achsen-Roboter mit zwei externen Dreh- und Schwenkachsen. „Wir haben uns für einen Roboter als Strahlführungsmaschine entschieden, weil die Investitionskosten für eine CNC-Portalanlage um das Fünf- bis Zehnfache höher liegen als für einen Standard-Industrieroboter“, berichtet Dipl.-Ing. (FH) Holger Fischer, Projektleiter Laserschweißen.
Das Verfahren eignet sich besonders für den Leichtbau, der in der Automobil- sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie immer mehr an Bedeutung gewinnt. Ein Anwendungsbeispiel ist das Fügen der Radioblende für den Audi TT. Das Bauteil stellt hohe Ansprüche: Es besteht aus einer Aluminium-Legierung und besitzt sehr kurze, relativ schwer zugängliche Nähte. „Aufgrund der Heißrissneigung des Materials ist der Einsatz von Zusatzwerkstoff unbedingt erforderlich“, betont Holger Fischer. „Bei dieser Anwendung kann das Laserstrahl-Pulverschweißen nicht mehr substituiert werden.“
Um das Verfahren in Göppingen weiterzuentwickeln, hat Edelstahl-Mechanik ein Werkstofflabor zur Schliffbild-Untersuchung eingerichtet. Hier können die Schweißnähte per Mikroskop gefügetechnisch untersucht und bewertet werden. Zum Auswerten werden die Schliffbilder über Videokamera im PC verarbeitet und in Datenbanken gespeichert. So lassen sich reproduzierbare Daten für die verschiedensten Werkstoffe verwalten.
Edelstahl-Mechanik
Die 1985 gegründete Edelstahl-Mechanik GmbH, Göppingen, beschäftigt sich hauptsächlich mit dem Bearbeiten von Edelstahl-Blechen. Zum Tätigkeitsspektrum des 50-Mitarbeiter-Betriebs gehört das Stanzen, Gesenkbiegen, Laserschneiden, -beschriften und -schweißen (2D- und 3D-Bearbeitung), aber auch das Unterwasser-Plasmaschneiden und die Oberflächenbehandlung. Neu hinzugekommen ist die Laser-Rohrbearbeitung. Ein weiteres Standbein ist die spanende Fertigung.
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