Laserauftragschweißen

Laserauftragschweißen erschließt neue Anwendungsfelder

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Diodenlaser als Strahlquelle beim Laserauftragschweißen

Als Strahlquelle kommt ein Diodenlaser zum Einsatz, dessen Maximalleistung im Bereich von 1 bis 6 kW entsprechend den Anwendungsanforderungen des Kunden ausgewählt wird. Die von Sulzer Metco entwickelte volumetrische Pulverförderung, bei der das Pulver mit einem Trägergas von einer sich drehenden Dosierscheibe durch einen Pulverschlauch zur Pulverdüse befördert wird, garantiert eine beständige Förderrate. Die aktuelle Entwicklung bei Pulverdüsen konzentriert sich auf eine optimale Pulverausnutzung durch einen möglichst kleinen Pulverfokus, eine einfache Montage und Justage der Pulverdüse sowie eine optimale Kühlung der Düsenspitze, um reflektierte Laserleistung, die immerhin etwa ein Drittel der eingesetzten Laserleistung ausmacht, abführen zu können, ohne das die Pulverdüse beschädigt wird.

Das Bedienpult fasst alle Schnittstellenfunktionen von Mensch und Maschine zusammen (Bild 2): Alle relevanten Prozessparameter werden auf einem Bildschirm dargestellt und etwaige Abweichungen von programmierten Werten angezeigt. Der Betriebsstatus des Lasers ist über dessen Monitoringsoftware abrufbar. Kameras überwachen den Pulverförderer, den Arbeitsraum und den Schweißprozess, denn bei hohen Laserleistungen ist der Einbau von Sichtfenstern aus Sicherheitsgründen nicht möglich. Das Handbediengerät des Roboters kann von dem Bedienpult aus für Einrichtarbeiten in die Anlage hineingenommen werden. Die Programmierung des Systems erfolgt aber einfacher und komfortabler über das Programmiersystem des Roboterherstellers, das außerdem die Bewegungssimulation aller Maschinenachsen erlaubt und auf dem Rechner im Bedienpult installiert ist.

Alle laserspezifischen und prozessspezifischen Maschinenbefehle in die Anlagensteuerung integriert

Die sorgfältige Integration aller laserspezifischen und prozessspezifischen Maschinenbefehle in die Anlagensteuerung basiert auf langjähriger Anwendungserfahrung, vereinfacht so den Anlagenbetrieb, vermeidet Fehlbedienungen und reduziert die Einrichtaufwände für die Produktion. Außerdem steht optional ein Offline-Programmiersystem für das Laserauftragschweißen zur Verfügung, um Schweißbahnen auf komplexen Geometrien, von denen ein CAD-Modell zur Verfügung steht, zu programmieren.

Das Handhabungssystem besteht in jedem Fall aus einem Roboter mit optimierter Absolutgenauigkeit, der den Prozesskopf mit Laseroptik und Pulverdüse bewegt. Hinzu kommen nach Bedarf Bauteilpositionierer wie ein Dreh-Schwenktisch, eine Drehbank und eine Verfahrachse, auf der sich der Roboter entlang dem Drehteil bewegen kann. Eine derartige 10-Achsen-Anordnung wurde am Metco-Standort Wohlen in der Schweiz realisiert (Bild 1). Die Robotersteuerung stellt die Simultanbewegung aller beteiligten Verfahrachsen im Bearbeitungsprozess sicher. Die Abmessungen des Handhabungssystems einer Kundenanlage sowie die Anzahl der Bewegungsachsen orientieren sich dabei an den Anwendungen und Bauteilabmessungen, die der Kunde bearbeiten möchte.

Kundensupport über das Internet

Bei der Anlagensicherheit spielt die Lasersicherheit, also der Schutz der Umgebung vor Laserstrahlung, eine herausragende Rolle. Das Sicherheitskonzept und die praktische Umsetzung am Metcoclad-System, also Einhausung, Türverriegelungen und die Programmierung der Sicherheitsfunktionen, die den Bewegungsbereich des Roboters sinnvoll beschränken, werden von einem unabhängigen Sachverständigen geprüft, bevor die CE-Kennzeichnung erfolgt. Die Kundenunterstützung beginnt mit der Anpassung der Anlage an die Bedürfnisse des Kunden und reicht von Prozessentwicklungen und Aufstarten der Produktion bis zum Begleiten des Anlagenbetriebs. Die Erreichbarkeit des Metcoclad-Systems, idealerweise über IT-Netzwerkstrukturen oder über ein GSM-Mobilfunk-Modem, erlaubt nämlich nicht nur eine Fernwartung der wesentlichen Anlagenkomponenten, sondern auch eine Fernunterstützung der Kunden, in dem beispielsweise Schweißversuche simultan mit den Überwachungskameras von den Anwendungsspezialisten bei Sulzer Metco begleitet werden können.

* Dr.-Ing. Thomas Peters ist Project Manager Laser Cladding bei Sulzer Metco AG in 5610 Wohlen (Schweiz)

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