DE102017220761A1 - Laserauftragschweißen mit pulverförmigem Werkstoff im Wasserstrahl und Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Durch einen Wasserstrahl geführten Laser und die Zuführung eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs im Wasserstrahl ist eine Verwendung von Schutzgasen nicht erforderlich und hohe Abkühlraten werden erzielt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragschweißen mit einem pulverförmigen Zusatzwerkstoff im Wasserstrahl und eine entsprechende Vorrichtung.
  • Auftragschweißverfahren mittels Laser unter Schutzgas sind bekannt. Dabei können drahtförmige oder pulverförmige Zusatzwerkstoffe verwendet werden.
  • Im Anwendungsfall schwer schweißbarer Werkstoffen, wie hoch γ'-haltige Nickelbasissuperlegierungen ist eine hohen Abkühlrate notwendig.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
  • Die Erfindung beinhaltet ein Laserstrahl-Auftragschweißen mit pulverförmigen Zusatzwerkstoff im Wasserstrahl.
  • Prozessbeschreibung (optimal):
    • - Laserstrahl-Auftragschweißen mit pulverförmigen Zusatzwerkstoff wird in einem Wasserstrahl durchgeführt;
    • - pulverförmiger Zusatzwerkstoff wird durch eine Art Wasserleitung / Wasserschlauch über eine insbesondere koaxiale Düsentechnologie zum Schmelzbad geführt;
    • - Zusammenführung von Laserstrahlung und Pulverwerkstoff wird auf dem Substrat durchgeführt;
    • - eine Breite der auftraggeschweißten Spur entspricht der Breite des Wasserstrahls auf dem Substratwerkstoff.
  • Durch eine Änderung des Anstellwinkels des Wasserstrahls mit dem Zusatzwerkstoff und/oder durch Änderung des Durchflusses und/oder des Wasserdrucks des Wasserstrahls und/oder Verschiebung der Düse, kann der Stahldurchmesser auf dem Werkstück variiert werden. Durch Anpassung der Vielfachreflexion im Wasserstrahl ändert sich die Breite der auftraggeschweißten Spur auf der Oberfläche des Substratwerkstoffs. Bei dem Prozess werden zur Abschirmung des Schmelzbads keine Schutzgase wie Helium oder Argon eingesetzt.
  • Es zeigt die Figur schematisch die Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Die Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Auftragschweißen mit einem pulverförmigen Zusatzwerkstoff 28. Die Vorrichtung 1 weist zumindest einen Laser (nicht weiter dargestellt) auf, der einen Laserstrahl 10 aussenden kann. Der Laserstrahl 10 soll ein Schweißzusatzwerkstoff 28 aufschmelzen und ein Schmelzbad 25 auf einem Substrat 7 erzeugen. Der Laserstrahl 10 wird insbesondere durch einen Hohlkörper 13 geführt, in den er insbesondere durch ein Schutzglas 34 eintritt, wobei in dem Hohlkörper 13 Wasser vorhanden ist. Der Hohlkörper 13 befindet sich also im Strahlengang des Laserstrahls 10 und ist in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 10 vor einer Düse 19 angeordnet. Über einen Wasserzufluss 16 in den Hohlkörper 13 wird Wasser zugeführt und kann nachgeführt werden.
  • Der Hohlkörper 13 hat eine Austrittsöffnung 37, aus dem ein Wasserstrahl 31 mit dem Laserstrahl 10, der innerhalb des Wasserstrahls 31 vielfach reflektiert wird, austritt.
  • In Laserstrahlrichtung hinter dem Hohlkörper 13 gesehen ist eine Düse 19 vorhanden, die aus einem Pulverreservoir 4 einen Zusatzwerkstoff 28 zuführen kann. Der Zusatzwerkstoff 28 wird vorzugsweise in einem separaten Wasserstrahl 22 seitlich geführt wird auf das zu erzeugende Schmelzbad 25. Im Fokus und am Schmelzbad treffen der Laserstrahl 10 und der Wasserstrahl 31 und 22 aufeinander und erzeugen eine Auftragschweißung. Die Auftragschweißung findet danach unter Wasser statt.
  • Ebenso ist es auch denkbar, dass der Laserstrahl 10 nicht in einem Wasserstrahl geführt wird und lediglich der Zusatzwerkstoff 28 in einem Wasserstrahl 22 der Laserstrahlung 10 zugeführt wird.
  • Vorteile sind:
    • - Keine Schutzgase für Prozess notwendig → Einsparung von Kosten für Argon, Helium → keine Absaugung erforderlich;
    • - kein Wasserbad notwendig, Wasser wird lediglich abgeführt;
    • - höhere Abkühlgeschwindigkeit im Vergleich mit konventionellem Laserstrahl-Auftragschweißen unter Schutzgas → feineres Korn im geschweißten Gefüge.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Auftragschweißen eines Zusatzwerkstoffs (28) auf ein Substrat (7) unter Wasser, wobei ein erster Wasserstrahl (31) verwendet wird, um einen Laserstrahl (10) darin zu führen und wobei der Wasserstrahl (31) mit dem Laserstrahl (10) auf ein Schmelzbad (25) aus dem Material des Substrats (7) und/oder des Zusatzwerkstoffs (28) auf dem Substrat (7) hin gerichtet wird, wobei im Bereich des Schmelzbads (25) oder Fokuspunkt des Laserstrahls (10) der Zusatzwerkstoff (28) zugeführt wird, um mittels des Laserstrahls (10) eine Auftragschweißung auf dem Substrat (7) zu erzeugen.
  2. Vorrichtung (1) zum Auftragschweißen mit einem Zusatzwerkstoff (28), die (1) zumindest aufweist: ein Wasserstrahl (31), ein Laser, der einen Laserstrahl (10) aussenden kann, Mittel (13), insbesondere ein mit Wasser gefüllter Hohlkörper (13), der es ermöglicht, dass ein Wasserstrahl (31) erzeugt wird, , in dem der Laserstrahl (10) geführt und vielfach reflektiert werden kann, eine Düse (19), die dem Zusatzwerkstoff (28) im Bereich einer Fokuslage des Laserstrahls (10) oder zu erzeugenden Schmelzbad (25) auf einem Substrat (7) zuführen kann.
  3. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Zusatzwerkstoff (28) pulverförmig ist.
  4. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der pulverförmige Zusatzwerkstoff (28) in einem vom ersten Wasserstrahl (31) separaten Wasserstrahl (22) dem Schmelzbad (25) zugeführt wird oder werden kann, insbesondere durch die Düse (19).
  5. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem ein nickel- oder kobaltbasiertes Substrat (7) auftraggeschweißt wird oder als Substrat dient.
  6. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem der Zusatzwerkstoff (28) dem Material des Substrats (7) entspricht oder artgleich ist.
  7. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Breite der auftraggeschweißten Spur der Breite des Wasserstrahls (31) auf dem Substrat (7) entspricht.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 3 bis 7, bei dem durch eine Änderung des Anstellwinkels des Wasserstrahls (22) mit dem Zusatzwerkstoff (28) oder durch Veränderung des Durchflusses und/oder des Wasserdrucks oder Verschiebung der Düse (19) der Strahldurchmesser des ersten Wasserstrahls (31) auf dem Substrat (7) variiert werden kann.
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DE102012111796A1 (de) * 2012-12-05 2014-06-18 Reinhard Caliebe Bearbeitungseinrichtung für ein Werkstück
DE102016104276A1 (de) * 2015-03-17 2016-09-22 GEFERTEC GmbH Verfahren und Anlage zur additiven Fertigung unter Verwendung eines drahtförmigen Werkstoffs

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