Verzugs- und energiearmes Laser-Mehrlagen-Engspaltschweißen zur Herstellung großformatiger, dickwandiger Stahlbaustrukturen (VE-MES)
Arbeitsbereiche

Schweißen

Verzugs- und energiearmes Laser-Mehrlagen-Engspaltschweißen zur Herstellung großformatiger, dickwandiger Stahlbaustrukturen (VE-MES)

  • Fördermittelgeber: Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
  • Förderkennzeichen: 100320711
  • Laufzeit: 14.08.2017 – 29.02.2020

Im Rahmen des Projektes wird in Kooperation mit dem Fraunhofer IWS Dresden, BANG Kransysteme GmbH & Co. KG und ANTARES GmbH eine neuartige, weitgehend automatisierte Laserstrahl-Mehrlagenschweißtechnologie zur Herstellung dickwandiger (15 bis 100 mm) Großbaugruppen für den Kran- und schweren Stahlbau unter Verwendung eines Hochleistungsdiodenlasers entwickelt.

Inhalte der Entwicklung sind sowohl die verzugsarme Schweißkonstruktion, die wärmeminimierte Schweißtechnologie, ein industrietauglicher Schweißkopf und eine prozess- und bauteilangepasste Laserschutzeinrichtung.

Entwicklung eines neuartigen Bearbeitungskopfes zum laserunterstützten Plasmaschweißen (LuPS)

  • Fördermittelgeber: Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
  • Förderkennzeichen: 100189174
  • Laufzeit: 01.01.2016 – 02.02.2018

Inhalt des von der SAB unterstützten Kooperationsforschungsprojektes mit dem Fraunhofer IWS und der TU Dresden ist die Erforschung eines neuartigen laserunterstützten Plasmaschweißprozesses in koaxialer Anordnung.

Im Rahmen des Projektes sollen wissenschaftliche Grundlagen für die Entwicklung eines koaxialen Plasma-Laser-Brenners erarbeitet und die verfahrenstechnischen Vorteile des Laser-Plasma-Verfahrens analysiert werden, insbesondere die Möglichkeiten zur Substitution von kostenintensiver Laser- durch Plasmaleistung.

Technologieerprobung an Ihrer Fertigungsaufgabe

InFocus ist eine mit Kjellberg Finsterwalde entwickelte WIG-Hochleistungstechnologie mit einem besonders kraftvollen, präzisen und stabilen Lichtbogen. Basierend auf einem patentierten Kathodendesign und einer speziellen Kathodenkühlung wird der Lichtbogen an der Kathodenspitze fokussiert und ermöglicht die Steigerung der Schweißgeschwindigkeit und der Blechdicke (bis zu 12 mm im Stichlochverfahren).

ARCLINE® PP ist eine gemeinsam mit Linde entwickelte WIG-Hochleistungstechnologie speziell für Aluminium. Die von uns entwickelte Brenner- und Anodentechnologie ermöglicht Plus-Pol-Lichtbogen bis zu 500 A und überwindet somit die bisherigen Limitationen der WIG-Wechselstromtechnologie. Sie als Anwender profitieren durch eine zusätzlich gesteigerte WIG-Qualität und eine Produktivität, die das MSG-Schweißen übertrifft.

Schweißbrenner als Technologieträger

Als Forschungsgesellschaft sind wir auf automatisierte Laser- und Lichtbogen-Schweißprozesse spezialisiert. Hochleistungs-WIG-Technologien für Eisen und Nichteisenmetalle bilden den Schwerpunkt.

Die von uns entwickelten Brenner sind die Technologieträger der InFocus und ARCLINE® PP Hochleistungsverfahren. Sie stehen für höchste Qualität, Produktivität und Robustheit.

Bauteilindividuelle Gasschutzsysteme in Metall-3D-Druck

Eine hochwertige Gasabdeckung ist für Schweißprozesse nicht nur im Prozessbereich sondern auch in den nachlaufenden Temperaturfeldern am Werkstück unablässig.

Durch den Einsatz additiver Fertigungsverfahren können komplexe Gasschutzsysteme bauteilindividuell und in Einzelanfertigung kostengünstig hergestellt werden. Unsere patentierten Gasschutzsysteme erweitern die Einsatzmöglichkeiten und das Potential unserer modernen Schweißbrenner aber auch von konventionellen Verfahren.

Schneiden

Thermisches Trennen von 0,1 bis 150 mm

Beim Plasmaschneiden wird mittels eines extrem fokussierten, bis zu 30.000 K heißen und mehrere 1000 m/s schnellen Plasmastrahl, das Material lokal aufgeschmolzen und zu einer Schnittfuge ausgetrieben. Kjellberg Finsterwalde hat dies bereits bestmöglich realisert: Die Anlagentechnik erreicht höchste Produktivität und laserschnittähnliche, nahezu nachbearbeitungsfreie Schnittkanten von Blechendicken zwischen 1 und 150 mm.

Das Laserstrahlschneiden ist ein thermisches Trennverfahren für elektrisch leitende und nicht leitende sowie brennbare und nicht brennbare Materialien mittels eines Laserstrahls. Das Verfahren wird besonders dort eingesetzt, wo komplexe Konturen präzise und schnell geschnitten werden sollen, vorzugsweise im unteren Blechdickenbereich bis 10 mm und bei besonders hohen Qualitätsanforderungen (Formabweichungen im Konturbereich).

Forschung und Entwicklung für Plasma- und Lasertechnik

Plasma- und Laserschneiden ermöglichen Blechzuschnitte mit hoher Qualität und Produktivität. Kjellberg Finsterwalde steht hierbei als internationale Marke für modernste Anlagentechnik und nahezu nachbearbeitungsfreie Schnittkanten. Unser Forschungsunternehmen ist für Kjellberg Finsterwalde im Bereich der Vorlaufforschung und Technologieentwicklung tätig. Auf Basis unserer modernsten schneidtechnischen Ausrüstung bieten wir gleichzeitig an, Nischenanwendungen für das Plasma- und Laserschneiden zu entwickeln, z. B. das Plasmaschneiden von Gewebestrukturen in Faserverbundbauteilen.

Beschichten

Verschleißschutzschichten optimieren

Für unsere Verschleißschutzkunden entwickeln wir Plasma- und Lasertechnologien zum Auftragschweißen von Verschleißschutzschichten oder zur Reparatur von Bauteilen und Werkzeugen. Im Fokus stehen hierbei die Charakterisierung und Optimierung des Prozesses. Speziell geht es um die Anpassung des Energieeintrages, der Werkstoffzuführung und des Gasschutzes sowie die Analyse und Vermeidung von Prozessinstabilitäten. Durch unser leistungsstarkes Werkstofflabor sind wir in der Lage, die erzielten Schichteigenschaften (z. B. Gefüge, Aufmischung oder Schichtunregelmäßigkeiten) versuchsbegleitend zu analysieren und zu dokumentieren.

Entwicklung eines neuartigen Temperaturfeldmesssystems

Prozessüberwachungssystem für einen neuartigen direktstrahlenden Diodenlaser koaxialer Strahlführung (ZIM Förderkennzeichen ZF4124701DF5, Förderzeitraum 01.03.2016 – 30.09.2017)

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines neuartigen nichtaxialen und preisgünstigen Temperaturfeldmesssystems zur Prozessüberwachung und -dokumentation für das Laserpulverschweißen und für den koaxialen Laserbearbeitungskopf von Oscar PLT. Im Rahmen des Vorhabens wird die Optik in den Bearbeitungskopf integriert sowie verschiedene Möglichkeiten zur Temperaturfeldmessung verglichen und Auswertungsalgorithmen entwickelt. Die Bearbeitung des Projektes erfolgt gemeinsam mit dem Bremen Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS).

Beschichtungstechnologien im Hochleistungs- und 3D-Bereich

Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA) ist eine seit Jahrzehnten etablierte Beschichtungstechnologie. Mit OSCAR PLT entwickeln wir diese Technologie besonders im Hochleistungsbereich bis 400 A weiter. Durch die Verwendung von zwei getrennten Pulverzuführungen werden deutlich höhere Auftragsraten erreicht sowie gradierte Pulverzusammensetzungen im Prozess möglich.

Laserauftragschweißen ermöglicht das Auftragschweißen mit hochpräziser Energieführung für geringe Aufmischung, Verzug und Eigenspannung. Die in unserer Einrichtung entwickelte Technologie basiert auf einem Koaxialen (voll 3D-fähigen) Bearbeitungskopf mit zentrischer Werkstoffzuführung und zirkulär angeordneten Direktdiodenmodulen. Der Kopf ist hoch flexibel einsetzbar mit Draht- und Pulverwerkstoffen, verfügt über eine überragende Schutzgasführung und Pulvereffizienz.

3D-Generieren

Breitenwirkung der additiven Fertigung erweitern

Innovative Materialien, Anlagen und Prozesse durch die Überwindung von Verfahrensgrenzen in der additiven Fertigung – Koaxialer Direktdiodenlaser (BMBF Förderkennzeichen 03ZZ0210A, Förderzeitraum 01.05.2017 – 30.04.2020)

Im Rahmen des Konsortium Agent3D (Initiative des BMBF Förderprogramms Zwanzig20) beteiligt sich OSCAR PLT am Technologieverbundvorhaben IMPROVE (Innovative Materialien, Anlagen und Prozesse durch die Überwindung von Verfahrensgrenzen in der additiven Fertigung). Im Schwerpunkt beschäftigen wir uns mit der Weiterentwicklung des koaxialen Direktdioden-Laserkopfes. Des Weiteren soll durch die Kombination von konventionellen Fertigungsschritten und Laserauftragschweißen die Herstellung von Bauteilen mit der Funktionalität der additiven Fertigung, bei gleichzeitig geringeren Kosten, ermöglicht und dadurch die Breitenwirkung der additiven Fertigung erheblich erweitert werden.

Heißdraht-Laserauftragschweißen an Ihrem Bauteil

Bei OSCAR PLT haben wir zum formgebenden Laserauftragschweißen einen koxialen Direktdioden-Laserbearbeitungskopf entwickelt. Der koaxiale Aufbau mit zentraler Werkstoffzuführung ermöglicht richtungsunabhängig hochqualitative Formgenerierung in allen Positionen. Dabei kann der Prozess einfach und schnell von den häufig verwendeten Pulverwerkstoffen (hohe Auftragsrate und stabiler Prozess) auf drahtförmige Zusatzwerkstoffe (hohe Oberflächenqualität und Werkstoffeffizienz) umgerüstet werden. Höchste Auftragsraten und Ressourceneffizienz werden durch das Heißdraht-Laserauftragschweißen erreicht. Das robuste System verfügt über eine hervorragende Schutzgasabdeckung und Pulvereffizienz.

3D-Formgebung mit verschiedenen Werkstoffen

3D-Generieren oder additive Fertigung hat das Potential, bisherige Konstruktionsregeln und Fertigungsprozesse zu revolutionieren. Die Regeln und Prozesse ermöglichen Bauteile mit völlig neuem Design, Funktionalität, Werkstoffen, Werkstoffverbünden und Individualisierung. Wir beschäftigen uns mit der generativen Fertigung mittels Laserauftragschweißen. Im Gegensatz zu den pulverbettbasierten generativen Technologien kann beim Laserauftragschweißen durch das Schwenken und Drehen des Prozesskopfes oder des Werkstücks eine „echte 3D-Formgebung“ in verschiedene Raumrichtungen des Bauteilkoordinatensystems erfolgen. Gleichzeitig können deutlich größere Aufbauraten erreicht werden, zum Teil auch mit verschiedenen Werkstoffen an einem Bauteil.

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