DE102010024233A1 - Supplying a filler material during laser beam build-up welding, comprises placing the filler material either in the form of a foil or a filler material bound to the foil, in focused laser beam - Google Patents

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Andreas Schulze Lohoff
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Abstract

Supplying a filler material during laser beam build-up welding, comprises placing the filler material either in the form of a foil or a filler material bound to the foil, in focused laser beam. An independent claim is also included for a device for carrying out the above method, comprising the filler material bound to the foil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen von Zusatzwerkstoff beim Laserstrahl-Auftragsschweißen, insbesondere beim Mikro-Laserstrahl-Auftragsschweißen.The invention relates to a method for feeding filler material in laser beam buildup welding, in particular in micro laser beam buildup welding.

Stand der TechnikState of the art

Unter Schweißen versteht man (gemäß EN 14610 und DIN 1910-100 ) das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung von Wärme oder Druck, mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffen. Dabei werden beim Schmelzschweißen die Grundwerkstoffe bis zur Verflüssigung erhitzt und so verbunden.Welding means (according to EN 14610 and DIN 1910-100 ) the non-detachable joining of components using heat or pressure, with or without welding consumables. During fusion welding, the base materials are heated up to liquefaction and thus connected.

Laserstrahlschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen. Das Laserstrahlschweißen oder Laserschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt.Laser beam welding is mainly used for welding components which have to be joined with high welding speed, narrow and slim weld seam shape and with low thermal distortion. The laser beam welding or laser welding is usually performed without feeding a filler material.

Die Laserstrahlung wird mittels einer Optik auf die Werkstückoberfläche fokussiert. Der Brennfleck besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen, wenn der eingesetzte Laser die typischen Leistungen von einigen Kilowatt Laserleistung besitzt. Durch Absorption der Laserleistung erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur von Metall hinaus, so dass sich eine Schmelze bildet. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht wird diese je nach Werkstoff sehr hart und verliert in der Regel an Zähigkeit.The laser radiation is focused by means of optics on the workpiece surface. The focal spot has typical diameters of a few tenths of a millimeter, resulting in very high energy concentrations when the laser used has the typical power of a few kilowatts of laser power. By absorbing the laser power on the workpiece surface, an extremely rapid rise in temperature beyond the melting temperature of metal, so that forms a melt. Due to the high cooling rate of the weld this becomes very hard depending on the material and usually loses toughness.

Beim Laserstrahl-Auftragsschweißen wird ein Zusatzwerkstoff, in der Regel ein Pulver oder Draht, mit dem Laserstrahl aufgeschmolzen und schmelzmetallurgisch mit dem Grundwerkstoff verbunden. Die wesentlichen Verfahrensmerkmale sind u. a. das hochpräzise, automatisierte Auftragen von Schichten mit Dicken von 0,1 Millimeter bis mehreren Zentimetern, die metallurgische Verschmelzung der Schicht mit dem Werkstück, das Fehlen von Einbrandkerben, eine nur geringe Wärmeeinbringung in das Substrat, eine große Auswahl an artgleichen und artfremden Zusatzwerkstoffen sowie die Möglichkeit der Bearbeitung von nahezu allen metallischen Legierungen.In laser deposition welding, an additional material, usually a powder or wire, is melted with the laser beam and fusion-metallurgically bonded to the base material. The main process features are u. a. The high-precision, automated application of layers with thicknesses of 0.1 millimeters to several centimeters, the metallurgical fusion of the layer with the workpiece, the absence of Einbrandkerben, a low heat input into the substrate, a large selection of similar and alien additional materials and the Possibility of machining almost all metallic alloys.

Dank der sehr guten Fokussiereigenschaften des Laserstrahls lassen sich mit dem Verfahren extrem dünne Wände von nur wenigen Zehnteln mm Breite aufbauen. Die aufgeschweißten Lagen sind typischerweise 0,2 bis 0,5 mm stark. Typische Flächenraten betragen mehrere cm2 pro Minute für eine Schichtdicke von ca. 1 mm. Gleichzeitig sind mit diesem Verfahren auch Schichtdicken von 1/10 mm bis mehrere mm durch Mehrlagentechnik möglich.Thanks to the very good focusing properties of the laser beam, the method allows extremely thin walls of only a few tenths of a mm width to be built up. The welded layers are typically 0.2 to 0.5 mm thick. Typical area rates are several cm 2 per minute for a layer thickness of about 1 mm. At the same time, layer thicknesses of 1/10 mm to several mm are possible with this method due to multi-layer technology.

Im Vergleich zu anderen Verfahren, wie etwa dem Plasma-Auftragsschweißen, überzeugt das Laser-Pulver-Auftragsschweißen durch eine minimale Wärmebelastung des Bauteils und außerst geringe Verzüge des Werkstückes.Compared to other processes, such as plasma build-up welding, laser powder build-up welding impresses with minimum thermal stress on the component and extremely low distortion of the workpiece.

Zum Einsatz beim Laserstrahl-Auftragsschweißen kommen insbesondere CO2-, Nd:YAG und Diodenlaser im gepulsten und kontinuierlichen Betrieb sowie auch Faserlaser mit Laserleistungen von 100 W bis mehreren kW.In particular, CO 2 , Nd: YAG and diode lasers for pulsed and continuous operation as well as fiber lasers with laser powers of 100 W to several kW are used for laser deposition welding.

Beim Laserstrahl-Auftragsschweißen mit pulverförmigen Zusatzwerkstoffen kommt der Pulverzufuhr in das Schmelzbad eine entscheidende Bedeutung zu. Der Pulvernutzungsgrad, die Oxidation durch die umgebende Atmosphäre und die Rauheit der Schicht werden dadurch maßgeblich bestimmt. Derzeit existieren bereits mehrere industrietaugliche Pulverdüsen, die üblicherweise modular aufgebaut sind und optional auch bereits eine integrierte Wasserkühlung erlauben.In the case of laser-beam build-up welding with powdered filler materials, powder feed into the molten bath is of decisive importance. The powder utilization rate, the oxidation by the surrounding atmosphere and the roughness of the layer are thereby significantly determined. At present, there are already several industrial-grade powder nozzles which are usually of modular construction and optionally also already allow integrated water cooling.

Die Zusatzstoffe können nicht nur in Pulverform, sondern prinzipiell auch als Bestandteil einer Tinte im Ink-Jet Verfahren (z. B. von Fa. Optomec) oder in Form eines Drahtes zugeführt werden. Dünne Drähte mit Durchmessern zwischen 0,15 und 0,6 Millimeter werden beispielsweise bevorzugt beim manuellen Auftragsschweißen eingesetzt.The additives can be supplied not only in powder form, but in principle also as a constituent of an ink in the ink-jet process (eg from Optomec) or in the form of a wire. For example, thin wires with diameters between 0.15 and 0.6 millimeters are preferred for manual buildup welding.

Beim Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT wurde ein automatisiertes Mikro-Laserstrahl-Auftragsschweißen entwickelt, mit dem selektiv beschädigte und verschlissene Bereiche von Mikro-Werkzeugen repariert, bzw. mit Verschleißschutzschichten beschichtet werden können.At the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, an automated micro-laser build-up welding has been developed with which selectively damaged and worn areas of micro tools can be repaired or coated with wear protection layers.

Durch Verwendung von Laserstrahldurchmessern kleiner 100 μm in Verbindung mit kleinen Laserleistungen, wird die thermische Belastung des Substratwerkstoffes gering gehalten, und die Konturgenauigkeit auch bei sehr kleinen Strukturen gegenüber herkömmlichen Reparaturverfahren erhöht.By using laser beam diameters of less than 100 μm in conjunction with small laser powers, the thermal load on the substrate material is kept low, and the contour accuracy is increased even with very small structures compared to conventional repair methods.

Durch den präzisen Werkstoffauftrag können Bauteiloberflächen von Mikrobauteilen durch artgleichen Materialauftrag repariert oder durch artfremden Materialauftrag selektiv modifiziert werden (Beschichtung, Dispersion). Um die geforderten Strukturgrößen zu erreichen werden »continuous wave« Faserlaser und gepulste Nd:YAG-Laser eingesetzt. Über eine speziell für das Mikro-Laserstrahl-Auftragsschweißen entwickelte Düse wird der pulverförmige Zusatzwerkstoff dem Schmelzbad zugeführt und aufgeschmolzen, wodurch eine metallurgische Verbindung entsteht.Due to the precise application of the material, component surfaces of microcomponents can be repaired by similar material application or selectively modified by means of a foreign material application (coating, dispersion). To achieve the required structure sizes, continuous wave fiber lasers and pulsed Nd: YAG lasers are used. The powdered additional material is fed to the molten bath and melted via a nozzle specially developed for micro-laser build-up welding, resulting in a metallurgical bond.

Derzeit wird die Pulver-Gasführung für die Förderung von pulverförmigen Zusatzwerkstoffen mit Kornfraktionen kleiner 20 μm weiterentwickelt. Durch Anpassung bestehender Koaxialdüsen soll der Pulverwirkungsgrad weiter erhöht werden. Als Zusatzwerkstoff eignen sich Pulver auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis, sowie Edelmetalle wie Gold oder Silber. Currently, the powder gas guide for the promotion of powdery filler materials with grain fractions smaller than 20 microns is being further developed. By adapting existing coaxial nozzles, the powder efficiency should be further increased. Suitable filler metals are powders based on iron, nickel and cobalt, as well as precious metals such as gold or silver.

Beim Einsatz von pulverförmigem Zusatzwerkstoff hat sich herausgestellt, dass häufig nur ein Teil des Pulvers in den fokussierten Laserstrahl gelangt, wo es aufgeschmolzen wird. Der ungenutzte Rest muss daher gesammelt und gegebenenfalls recycelt werden. Weiterhin hat sich als nachteilig herausgestellt, dass es bei einer notwendigen Veränderung der Position der Pulverdüse eine gewisse Zeit benötigt, bis sich erneut ein gleichmäßiger Pulverstrahl einstellt.When using powdered filler material has been found that often only a part of the powder gets into the focused laser beam, where it is melted. The unused rest must therefore be collected and, if necessary, recycled. Furthermore, it has been found to be disadvantageous that it takes a certain time for a necessary change in the position of the powder nozzle, until again sets a uniform powder jet.

Aufgabe und LösungTask and solution

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zuführung von Zusatzwerkstoff beim Laserstrahl-Auftragsschweißen zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorgenannten Nachteile überwunden werden können.The object of the invention is to provide a method for feeding filler material during laser deposition welding, in which the aforementioned disadvantages can be overcome.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch sowie durch einen Zusatzwerkstoff gemäß Nebenanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens oder des Zusatzwerkstoffes finden sich den jeweils darauf rückbezogenen Ansprüchen.The object of the invention is achieved by a method according to the main claim and by an additional material according to the independent claim. Advantageous embodiments of the method or of the additional material can be found in the respectively related claims.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde herausgefunden, dass es vorteilhaft ist, anstelle von Pulver oder Draht, den Zusatzwerkstoff in Form einer Folie einzusetzen.In the context of the invention it has been found that it is advantageous, instead of using powder or wire, to use the filler material in the form of a film.

Erfindungsgemäß wird der Zusatzwerkstoff selbst als Folie oder an eine Folie gebunden in einen auf das Substrat (Werkstoff) fokussierten Laserstrahl positioniert. Durch den Laserstrahl werden Substrat und Zusatzwerkstoff aufgeschmolzen und miteinander verbunden.According to the invention, the filler itself is positioned as a foil or bound to a foil in a laser beam focused on the substrate (material). By the laser beam substrate and filler material are melted and bonded together.

Als Zusatzwerkstoffe können dabei alle bislang üblichen Zusatzwerkstoffe eingesetzt werden, sofern sie selbst als Folie herstellbar sind, oder an eine Folie gebunden werden können.In this case, all previously customary filler materials can be used as filler materials, provided that they themselves can be produced as a film, or can be bound to a film.

Als Zusatzwerkstoff, der selbst als Folie herstellbar ist, sind insbesondere Eisen, Nickel, Kobalt oder auch Gold, Silber, Aluminium sowie Metalllegierungen, z. B. Eisen-, Nickel- oder Edelstahllegierungen, geeignet. Die Folie aus Zusatzwerkstoff weist in der Regel eine Schichtdicke zwischen 0,002 und 0,5 mm auf, vorteilhaft zwischen 0,005 und 0,01 mm.As an additional material that is itself produced as a film, in particular iron, nickel, cobalt or gold, silver, aluminum and metal alloys, eg. As iron, nickel or stainless steel alloys suitable. The film of filler usually has a layer thickness between 0.002 and 0.5 mm, preferably between 0.005 and 0.01 mm.

Soll der Zusatzwerkstoff dünner vorliegen, oder ist der Zusatzwerkstoff selbst nicht als Folie herstellbar, bietet es sich an, den Zusatzwerkstoff dünn an eine entsprechende Folie zu binden. Als dafür geeignete Folien kommen insbesondere Kunststofffolien, beispielsweise aus Polyethylen oder Polypropylen, in Betracht. Je nach gewählter Folie durchdringt der Laserstrahl den Kunststoff und erwärmt das Substrat und den Zusatzwerkstoff, oder verdampft zuerst die Folie und erwärmt dann das Substrat und den Zusatzwerkstoff.If the filler material is to be thinner, or if the filler material itself can not be produced as a foil, it is advisable to thinly bond the filler material to a corresponding foil. Suitable films are in particular plastic films, such as polyethylene or polypropylene, into consideration. Depending on the selected film, the laser beam penetrates the plastic and heats the substrate and the filler material, or first evaporates the film and then heats the substrate and the filler material.

Als Zusatzwerkstoff, der vorteilhaft an eine Folie gebunden werden kann, sind insbesondere Eisen, Nickel, Kobalt, Gold, Silber Aluminium oder Metalllegierungen, wie z. B. Eisen-, Nickel- oder Edelstahllegierungen geeignet. Der an die Folie gebundene Zusatzwerkstoff liegt dabei in der Regel in Form einzelner Pulverpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 2 und 100 um vor. Vorteilhaft weisen die Pulverpartikel eine Partikelgröße zwischen 5 und 50 um auf.As a filler, which can be advantageously bonded to a film, in particular iron, nickel, cobalt, gold, silver, aluminum or metal alloys, such as. As iron, nickel or stainless steel alloys suitable. The filler material bound to the film is generally present in the form of individual powder particles having a particle size between 2 and 100 μm. Advantageously, the powder particles have a particle size of between 5 and 50 .mu.m.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die den Zusatzwerkstoff aufweisende Folie auf dem Substrat angeordnet. Der Laserstrahl wird wie üblich punktförmig oder als Linie über das Werkstück bewegt, wobei der sich im fokussierten Laserstrahl befindliche Zusatzwerkstoff aufgeschmolzen und eine metallurgische Verbindung mit dem Substrat eingeht.In the method according to the invention, the film comprising the filler material is first placed on the substrate. As usual, the laser beam is moved in a point-like manner or as a line over the workpiece, wherein the filler metal present in the focused laser beam is melted and forms a metallurgical bond with the substrate.

Da ohne Pulverstrahl gearbeitet wird, entfällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die sonst übliche Wartezeit nach dem Verfahren des Bearbeitungskopfes. Dadurch reduziert sich vorteilhafterweise die Bearbeitungszeit. Der nicht genutzte Zusatzwerkstoff liegt nach der Bearbeitung weiterhin als Folie vor und muss nicht, wie beim Stand der Technik, als überschüssiges loses Pulver eingesammelt werden. Je nach aufgebrachter Geometrie ist eine mehrfache Nutzung der Folie möglich. Im Anschluss kann eine Folie dann zur Wiedergewinnung des Zusatzwerkstoffes regelmäßig rezykliert, z. B. wieder aufgeschmolzen werden.Since working without a powder jet, the otherwise usual waiting time for the method of the machining head is dispensed with in the method according to the invention. This advantageously reduces the processing time. The unused filler material remains after processing as a film and does not need to be collected as excess loose powder, as in the prior art. Depending on the applied geometry, a multiple use of the film is possible. Following a film can then be recycled to recover the filler regularly, z. B. be melted again.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahren, bzw. des Einsatzes eines Zusatzwerkstoffes in Form einer Folie lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • – Der Zusatzwerkstoff ist an eine Folie gebunden oder liegt selbst in Form einer Folie vor, woraus sich eine vereinfachte Handhabung des Zusatzwerkstoffes ergibt.
  • – Bei häufigem Positionswechsel ergibt sich gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine deutliche Zeitersparnis, da nicht mehr die Einstellung eines gleichförmigen Pulverstrahls abgewartet werden muss.
  • – Da kein Zusatzwerkstoffverlust auftritt und keine Filtertechnik für die Zusatzwerkstoff-Rückgewinnung notwendig ist, ergibt sich auch eine Kosteneinsparung gegenüber dem bekannten Stand der Technik.
  • – Die Rückgewinnung des nicht genutzten Zusatzwerkstoffs ist einfacher.
  • – Die erfindungsgemäße Folie ist mehrfach verwendbar, das bedeutet die relative Position der Folie zum Werkstück wird jeweils nur geringfügig in x- und/oder y-Richtung versetzt, wobei die Oberfläche des Werkstückes, auf die der Zusatzwerkstoff aufgebracht wird, die x-y-Ebene aufspannt.
  • – Da keine lungengängigen Pulverpartikel eingesetzt werden, ist auch die Gesundheitsgefährdung deutlich geringer, als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
The advantages of the method according to the invention or the use of a filler in the form of a film can be summarized as follows:
  • - The filler material is bound to a film or is itself in the form of a film, resulting in a simplified handling of the filler material.
  • - With frequent position change over the known prior art results in a significant time savings, since no longer the setting of a uniform powder jet must be awaited.
  • - Since no additional material loss occurs and no filter technology for the additional material recovery is necessary, there is also a cost savings over the prior art.
  • - The recovery of the unused filler material is easier.
  • - The film according to the invention is reusable, that is, the relative position of the film to the workpiece is only slightly offset in the x and / or y direction, the surface of the workpiece to which the filler material is applied, the xy plane spans ,
  • - Since no respirable powder particles are used, the health hazard is much lower than in the known from the prior art method.

Das Verfahren und der Einsatz einer Folie bieten sich insbesondere bei der Auftragung des Zusatzwerkstoffes in Form einfacher geometrischer Muster an. Besonders vorteilhaft können damit beispielsweise lineare Aufbringungen oder punktförmige Auftragungen erzeugt werden, weil dabei eine Folie mehrfach eingesetzt werden und der Zusatzwerkstoff auf oder in der Folie optimal ausgenutzt werden kann.The method and the use of a film are particularly suitable for the application of the filler in the form of simple geometric patterns. Thus, for example, linear applications or point-like applications can be produced in a particularly advantageous manner because a film is used multiple times and the filler material can be optimally utilized on or in the film.

Bei längeren, streifenförmigen Aufbringungen können sich insofern Schwierigkeiten ergeben, dass die Folie nach einer ersten Auftragung nur noch aus einzelnen, am äußeren Rand zusammen gehaltenen Streifen besteht, dessen Positionierung über dem Werkstoff für eine zweite Auftragung zwar prinzipiell möglich, aber praktisch schwierig werden kann.For longer, strip-like applications, difficulties may arise in that, after a first application, the film only consists of individual strips held together at the outer edge, whose positioning over the material for a second application may be possible in principle, but practically difficult.

Spezieller BeschreibungsteilSpecial description part

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels und einiger Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to an example and some figures.

Die erfindungsgemäße Art der Zuführung des Zusatzwerkstoffs ist beispielsweise bei selektiver Beschichtung von Bipolarplatten zur Reduzierung des Kontaktwiderstands bei Brennstoffzellen interessant. Dabei werden Goldpunkte mit einem Durchmesser von 70 μm und einer Höhe von 30 μm in einem Rasterabstand von 2 mm auf das Substratmaterial aufgebracht.The type of feeding of the filler according to the invention is of interest, for example, in selective coating of bipolar plates for reducing the contact resistance in fuel cells. Gold dots with a diameter of 70 μm and a height of 30 μm are applied to the substrate material at a grid spacing of 2 mm.

Beim nachfolgenden Beispiel wurde, dargestellt in den 1 bis 10, zuerst eine Folie mit Zusatzwerkstoff beschichtet (1) und anschließend getrocknet (2). Als Folie wurde eine Kunststofffolie aus Polyethylen oder Polypropylen mit einer Schichtdicke von 0,08 mm verwendet. Auf diese wurde der Zusatzwerkstoff Gold in Form einer Dispersion, umfassend Goldpartikel mit einem Partikeldurchmesser von ca. 30 μm, aufgebracht und durch Adhäsion mit der Folie verbunden. Das Aufbringen erfolgte vorteilhaft mit einem üblichen Beschichtungsverfahren, dem Siebdruck. Das Trocknen erfolgte bei Raumtemperatur über 1 Stunde.In the following example, was shown in the 1 to 10 , first a foil coated with filler material ( 1 ) and then dried ( 2 ). The film used was a plastic film made of polyethylene or polypropylene with a layer thickness of 0.08 mm. On this, the filler gold was applied in the form of a dispersion comprising gold particles with a particle diameter of about 30 microns, and connected by adhesion to the film. The application was advantageously carried out using a customary coating method, screen printing. Drying was at room temperature for 1 hour.

Die so getrocknete Folie wurde mit der Goldseite nach unten (3) auf einer strukturierten Bipolarplatte angeordnet (4). Die Bipolarplatte wies auf beiden Seiten nach außen offene Kanäle zur Weiterleitung von Betriebsmitteln auf. Als Substrat wurde eine bipolare Platte aus einer Edelstahllegierung eingesetzt.The thus dried foil was placed with the gold side down ( 3 ) are arranged on a structured bipolar plate ( 4 ). The bipolar plate had on both sides outwardly open channels for the transmission of resources. As a substrate, a bipolar plate made of a stainless steel alloy was used.

Die Goldfolie lag auf den Stegen dieser Kanäle der ersten Seite der Bipolarplatte auf. Zur Verbesserung des Kontaktes der Goldfolie mit der Oberfläche der Bipolarplatte hätte zusätzlich gegebenenfalls ein leichtes Vakuum an die Kanäle der Bipolarplatte angelegt werden können, so dass sich dann beispielsweise die Goldfolie eng an die Stege der Bipolarplatte anlegt (5). Dazu hätte die Bipolarplatte beispielsweise auf einem Vakuumtisch angeordnet werden können.The gold foil lay on the lands of these channels on the first side of the bipolar plate. In order to improve the contact of the gold foil with the surface of the bipolar plate, a slight vacuum could additionally have been applied to the channels of the bipolar plate, so that, for example, the gold foil engages closely against the webs of the bipolar plate ( 5 ). For this purpose, the bipolar plate could have been arranged, for example, on a vacuum table.

Anschließend folgte der eigentliche Aufbringungsschritt durch das Laser-Auftragsschweißen. Dazu wurde der fokussierte Laserstrahl eines Faserlasers senkrecht zur Goldfolienoberfläche entlang der Stege der Bipolarplatte geführt (6). Das Gold aus der Goldfolie wurde aufgeschmolzen und bildete eine metallurgische Verbindung mit der Oberseite der Stege der Bipolarplatte aus.This was followed by the actual application step by laser deposition welding. For this purpose, the focused laser beam of a fiber laser was guided perpendicular to the gold foil surface along the webs of the bipolar plate ( 6 ). The gold from the gold foil was melted and formed a metallurgical bond with the top of the ridges of the bipolar plate.

Im Anschluss konnte die Goldfolie problemlos von der Bipolarplatte abgehoben werden, da lediglich dort die Folie geschädigt wurde, wo der Zusatzwerkstoff übertragen wurde. Das mit der Oberfläche der Stege auf der einen Seite der Bipolarplatte verschmolzene Gold blieb dabei zurück. Die Folie wies somit nach de Ablösung Streifen ohne Gold auf (7).Subsequently, the gold foil could be easily lifted from the bipolar plate, since only there was the film damaged where the filler material was transferred. The fused with the surface of the webs on one side of the bipolar plate remained gold. The film thus exhibited strips without gold after detachment ( 7 ).

Für eine weitere Aufbringung wurde die Bipolarplatte gedreht. Erneut wies sie somit nach oben offene Kanäle auf. Die Goldfolie wurde erneut auf die Stege der Kanäle dieser zweiten Seite der Bipolarplatte aufgelegt, allerdings derart versetzt, dass die Stege jeweils Kontakt mit dem Gold der Folie hatten. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegen dann die Streifen ohne Gold jeweils direkt über den Kanälen (8).For further application, the bipolar plate was rotated. Once again she had channels open at the top. The gold foil was placed again on the webs of the channels of this second side of the bipolar plate, but offset such that the webs each had contact with the gold of the film. In a particularly advantageous embodiment, then the strips without gold are each directly above the channels ( 8th ).

Es folgte der zweite Schritt des Laser-Auftragsschweißen. Dazu wurde erneut der fokussierte Laserstrahl senkrecht zur Goldfolienoberfläche entlang der Stege der zweiten Seite der Bipolarplatte geführt (9). Das Gold aus der Goldfolie wurde aufgeschmolzen und bildete eine metallurgische Verbindung mit der Oberseite der Stege der zweiten Seite der Bipolarplatte aus.This was followed by the second step of laser buildup welding. For this purpose, the focused laser beam was again guided perpendicular to the gold foil surface along the webs of the second side of the bipolar plate ( 9 ). The gold from the gold foil was melted and formed a metallurgical bond with the top of the lands of the second side of the bipolar plate.

Im Anschluss konnte die Goldfolie wieder problemlos von der Bipolarplatte abgehoben werden. Das mit der Oberfläche der Stege auf der zweiten Seite der Bipolarplatte verschmolzene Gold blieb dabei zurück. Die Folie wies nunmehr somit weitere Streifen ohne Gold auf (10). Subsequently, the gold foil could be easily lifted from the bipolar plate again. The fused with the surface of the webs on the second side of the bipolar plate remained gold. The film thus now had further stripes without gold ( 10 ).

Je nach aufzubringender Geometrie könnte die Folie vorteilhaft zweifach oder sogar mehrfach verwendet werden. Falls die Geometrie in Kombination mit der an der Folie verbliebenen Menge an Zusatzwerkstoff einen erneuten Einsatz der Folie nicht mehr zulässt, kann diese dann anschließend einem Recyclingprozess zugeführt werden, um das restliche, an der Folie gebundene Gold zurückzugewinnen.Depending on the geometry to be applied, the film could advantageously be used twice or even several times. If the geometry, in combination with the amount of filler left on the film, no longer permits reuse of the film, it may then be subsequently recycled to recover the residual gold bound to the film.

An den vorgenannten Verfahrenschritten ändert sich prinzipiell nichts, wenn alternativ eine direkt aus dem Zusatzwerkstoff hergestellte Folie verwendet würde.In principle, nothing changes at the aforementioned process steps if, alternatively, a film produced directly from the filler material would be used.

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Claims (15)

Verfahren zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffes beim Laserstrahl-Auftragsschweißen, bei dem der Zusatzwerkstoff entweder in Form einer Folie, oder an eine Folie gebunden in den fokussierten Laserstrahl eingebracht wird.Method for feeding a filler material during laser deposition welding, in which the filler material is introduced into the focused laser beam, either in the form of a foil or bonded to a foil. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Eisen, Nickel, Kobalt, Gold, Silber, Aluminium oder eine Metalllegierung als Zusatzwerkstoff in Form einer Folie eingesetzt wird.The method of claim 1, wherein iron, nickel, cobalt, gold, silver, aluminum or a metal alloy is used as filler material in the form of a film. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine Folie mit einer Schichtdicke zwischen 0,002 μm und 0,5 μm, insbesondere zwischen 0,005 μm und 0,01 μm, eingesetzt wird.Process according to Claim 2, in which a film having a layer thickness between 0.002 μm and 0.5 μm, in particular between 0.005 μm and 0.01 μm, is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem die Folie während des Laserstrahl-Auftragsschweißens direkten Kontakt zu einem Substrat hat.The method of any of claims 2 to 3, wherein the film is in direct contact with a substrate during laser deposition welding. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein an die Folie gebundener Zusatzwerkstoff, umfassend Eisen, Nickel, Kobalt, Gold, Silber, Aluminium oder eine Metalllegierung, eingesetzt wird.A method according to claim 1, wherein a filler material bound to the film comprising iron, nickel, cobalt, gold, silver, aluminum or a metal alloy is used. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Zusatzwerkstoff mit einer Partikelgröße zwischen 2 μm und 100 μm an die Folie gebunden vorliegt, insbesondere mit einer Partikelgröße zwischen 5 μm und 50 μm.The method of claim 5, wherein the filler is present bound with a particle size between 2 microns and 100 microns to the film, in particular with a particle size between 5 microns and 50 microns. Verfahren nach Anspruch 5 bis 6, bei dem eine Folie mit einer Schichtdicke zwischen 0,002 mm und 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,005 mm und 0,01 mm, eingesetzt wird.The method of claim 5 to 6, wherein a film having a layer thickness between 0.002 mm and 0.5 mm, in particular between 0.005 mm and 0.01 mm, is used. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, bei dem der Zusatzwerkstoff an eine Kunststofffolie, insbesondere an eine Kunststofffolie aus Polyethylen oder Polypropylen, gebunden eingesetzt wird.A method according to claim 5 to 7, wherein the filler material is bonded to a plastic film, in particular to a plastic film made of polyethylene or polypropylene, is used. Verfahren nach Anspruch 5 bis 8, bei dem der an eine Folie gebundene Zusatzwerkstoff derart in den fokussierten Laserstrahl eingebracht wird, dass der Zusatzwerkstoff während des Laserstrahl-Auftragsschweißens direkten Kontakt zu einem Substrat hat.A method according to claim 5 to 8, wherein the filler material bound to a film is introduced into the focused laser beam in such a way that the filler has direct contact with a substrate during laser deposition welding. Verwendung einer Eisen-, Nickel-, Kobalt-, Gold-, Silber- oder Aluminiumfolie oder einer Folie aus einer Metalllegierung als Zusatzwerkstoff beim Laserstrahl-Auftragsschweißen.Use of an iron, nickel, cobalt, gold, silver or aluminum foil or a foil of a metal alloy as filler material in laser beam buildup welding. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend einen an eine Folie gebundenen Zusatzwerkstoff.Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 10, comprising a filler material bound to a film. Vorrichtung nach Anspruch 11, mit Eisen, Nickel, Kobalt, Gold, Silber, Aluminium oder einer Metalllegierung als dem an die Folie gebundener Zusatzwerkstoff.Apparatus according to claim 11, comprising iron, nickel, cobalt, gold, silver, aluminum or a metal alloy as the filler bound to the film. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12, bei der die Folie eine Schichtdicke zwischen 0,002 mm und 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,005 mm und 0,01, aufweist.Apparatus according to claim 10 to 12, wherein the film has a layer thickness between 0.002 mm and 0.5 mm, in particular between 0.005 mm and 0.01. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, bei dem der an die Folie gebundene Zusatzwerkstoff in einer Partikelgröße zwischen 2 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 5 μm und 50 μm, vorliegt.Apparatus according to claim 11 to 13, wherein the bound to the film filler material in a particle size between 2 microns and 100 microns, in particular between 5 microns and 50 microns, is present. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 14, mit einer Folie aus Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen oder Polypropylen.Apparatus according to claim 11 to 14, with a film made of plastic, in particular polyethylene or polypropylene.
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