Detaillierte Analyse des Laserauftragschweißprozesses: Prinzipien, Klassifizierung und Materialauswahl
Die Laserauftragschweißtechnologie ist ein hochmodernes Oberflächenbearbeitungsverfahren. Ihr Prinzip beruht auf der präzisen Positionierung eines ausgewählten Beschichtungsmaterials in verschiedenen Füllstoffformen auf der Substratoberfläche. Beim Bestrahlen des Bereichs mit einem hochenergetischen Laserstrahl schmilzt nicht nur das Beschichtungsmaterial, sondern gleichzeitig auch eine dünne Schicht der Substratoberfläche. Durch die schnelle Erstarrung entsteht eine Oberflächenbeschichtung mit extrem geringer Verdünnung. Diese Beschichtung bildet eine metallurgische Verbindung mit dem Substratmaterial, was entscheidend ist, da sie zahlreiche Eigenschaften der Substratoberfläche signifikant verbessern kann. So kann sie beispielsweise die Verschleißfestigkeit deutlich erhöhen, sodass Bauteile höherer Reibung standhalten können; die Korrosionsbeständigkeit steigern und Materialien vor chemischen Angriffen schützen; die Hitze- und Oxidationsbeständigkeit verbessern, sodass Bauteile in Hochtemperatur- und oxidativen Umgebungen eingesetzt werden können; und sogar die elektrischen Eigenschaften modifizieren.
Gängige Laserauftragschweißverfahren lassen sich anhand der Eigenschaften des zu auftragenden Materials und dessen Kopplung mit dem Laserstrahl kategorisieren. Das koaxiale Pulverzuführungsverfahren nutzt typischerweise einen Halbleiterfaserlaser und einen scheibenförmigen, gasführenden Pulverförderer. Der Auftragkopf verfügt über einen kreisförmigen Fokus mit zentraler Lichtaustrittsöffnung und entweder ringförmiger oder mehrstrahliger Pulverzuführung um den Strahl herum sowie einen separaten Schutzgaskanal. Während des Auftragschweißprozesses konvergieren Pulverstrahl, Laserstrahl und Schutzgasstrom in einem Punkt und bilden dort ein Schmelzbad. Durch die relative Bewegung von Auftragkopf und Werkstück entsteht schrittweise eine gleichmäßige und hochwertige Beschichtung auf der Werkstückoberfläche. Das paraxiale Pulverzuführungsverfahren, auch laterales Pulverzuführungsverfahren genannt, zeichnet sich durch spezifische Merkmale in der Pulverzuführung und der Strahlkopplung aus. Das Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen, auch Ultrahochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen genannt, zielt auf höhere Beschichtungsraten bei gleichbleibender Beschichtungsqualität ab. Die Hochgeschwindigkeits-Drahtlaserauftragschweißtechnologie nutzt drahtförmige Werkstoffe und stellt damit einen anderen Ansatz als pulverbasierte Beschichtungsverfahren dar. Jedes dieser Verfahren hat seine eigenen Anwendungsbereiche und Vorteile, was das Laserauftragschweißen zu einer äußerst vielseitigen und anpassungsfähigen Technologie in verschiedenen Industriezweigen macht.
