Grundlegende Eigenschaften der Laserauftragschweißtechnologie
Die Laserauftragschweißtechnologie, ein hochmodernes Oberflächenmodifizierungsverfahren, lässt sich anhand des Pulverzuführungsprozesses in zwei Haupttypen unterteilen: die Pulvervordosierung und die synchrone Pulverzuführung. Obwohl beide Verfahren ähnliche Ergebnisse liefern, zeichnet sich die synchrone Pulverzuführung durch einige wesentliche Vorteile aus. Sie ermöglicht eine nahtlose Automatisierung, die für die industrielle Großproduktion unerlässlich ist. Zudem bietet dieses Verfahren eine hohe Absorptionsrate der Laserenergie und optimiert so die Nutzung der Laserressourcen. Darüber hinaus sind die so gefertigten Bauteile frei von inneren Poren, was ihre strukturelle Integrität gewährleistet. Insbesondere bei der Metall-Keramik-Beschichtung spielt die synchrone Pulverzuführung ihre Stärken voll aus. Sie verbessert die Rissbeständigkeit der Beschichtungsschicht deutlich und sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der harten Keramikphasen, wodurch die Gesamtleistung der beschichteten Oberfläche gesteigert wird.
Das Laserauftragschweißen zeichnet sich durch eine Reihe charakteristischer Merkmale aus. Erstens durch eine erstaunlich hohe Abkühlrate von bis zu 10⁶ K/s. Dieser schnelle Erstarrungsprozess führt zur Ausbildung eines feinkörnigen Mikrogefüges. Er ermöglicht zudem die Erzeugung neuer Phasen, die unter normalen Gleichgewichtsbedingungen nicht zugänglich sind, wie beispielsweise metastabile Phasen und amorphe Strukturen. Diese einzigartigen mikrostrukturellen Merkmale verleihen den beschichteten Werkstoffen verbesserte mechanische und physikalische Eigenschaften.
Zweitens liegt die Verdünnungsrate der Beschichtung beim Laserauftragschweißen typischerweise unter 5 %. Dies führt zu einer starken metallurgischen Verbindung bzw. Grenzflächendiffusionsbindung mit dem Substrat. Durch präzise Einstellung der Laserprozessparameter wie Leistung, Scangeschwindigkeit und Pulverförderrate lässt sich eine hochwertige Beschichtung mit geringer Verdünnungsrate erzielen. Diese Kontrollierbarkeit der Beschichtungszusammensetzung und des Verdünnungsgrades ermöglicht die kundenspezifische Anpassung an spezifische Anwendungsanforderungen.
Drittens zeichnet sich das Laserauftragschweißen durch einen minimalen Wärmeeintrag aus, was wiederum zu sehr geringen Verformungen führt. Bei Anwendung des Schnellauftragschweißens mit hoher Leistungsdichte lässt sich die Verformung so weit reduzieren, dass sie innerhalb der Montagetoleranzen des Bauteils liegt. Dadurch eignet sich das Verfahren zur Bearbeitung von Präzisionsbauteilen, ohne die Maßgenauigkeit zu beeinträchtigen.
Viertens bestehen nahezu keine Einschränkungen bei der Pulverauswahl. Dies ermöglicht das Aufbringen von hochschmelzenden Legierungen auf niedrigschmelzende Metalle und erweitert somit die Materialkombinationen und Anwendungsbereiche des Laserauftragschweißens. Auch die Schichtdicke ist sehr flexibel: Bei einem einzigen Auftrag mit Pulverzufuhr lassen sich Schichtdicken von 0,2 bis 2,0 mm erzielen.
Selektives Auftragschweißen ist ein weiterer wesentlicher Vorteil des Laserauftragschweißens. Es ermöglicht das gezielte Aufbringen der Beschichtung, reduziert Materialverluste und bietet ein hervorragendes Kosten-Nutzen-Verhältnis. Die präzise Ausrichtung des Laserstrahls erlaubt das Auftragschweißen auch an schwer zugänglichen Stellen und eignet sich daher für Bauteile mit komplexen Formen. Zudem ist das Verfahren sehr gut mit der Automatisierung kompatibel und gewährleistet so gleichbleibende Qualität und effiziente Produktion im industriellen Umfeld.
