Mit dem Schweißlaser reinigen
Das Laserstrahlreinigen hat in den letzten Jahren in der industriellen Anwendung an Bedeutung gewonnen. Das Reinigungsprinzip beruht auf dem Verdampfen der Verschmutzungen durch die Einwirkung hochenergetischer Lichtstrahlung...
Die Leistung des Laserstrahls wird abhängig von der Scannerposition gesteuert. - Bildquelle: Fraunhofer IWS
Die Leistung des Laserstrahls wird abhängig von der Scannerposition gesteuert....
Die Laserstrahlreinigung gehört wie das Trennen, Bohren und Strukturieren in die Gruppe der abtragenden Laserstrahltechnologien. Im Reinigungsprozess werden Verschmutzungen durch den Einsatz hochenergetischer Lichtstrahlung verdampft. Der Laserstrahl wird dazu von der Verunreinigung absorbiert und in Wärme umgewandelt.
Zum schnellen Verdampfen der abzureinigenden Substanzen sind hohe Strahlintensitäten erforderlich. Gleichzeitig lässt sich eine thermische Beeinflussung des zu reinigenden Oberflächenbereichs nur durch kurze Wechselwirkungszeiten verhindern. Das Laserstrahlreinigen definiert sich nach Auskunft des Fachverband industrielle Teilereinigung (FiT) e.V. daher als Abtragen dünner Schichten durch kurzzeitige Einwirkung von Laserstrahlung hoher Intensität. Die typischen Leistungsdichten liegen dabei im Bereich 106 W/ cm2, die Wechselwirkungszeiten im Nanosekunden-Bereich.
Reinigung von Funktionsflächen vor Fügeprozessen
In der Praxis weist die Laserstrahlreinigung verschiedene charakteristische Merkmale wie beispielsweise berührungslose, medienfreie Arbeitsweise, kurze Wechselwirkungszeiten, präzise geometrische Begrenzung der Laserwirk- bzw. Reinigungszone, sensible Steuerbarkeit des Prozessparameters Strahlintensität, gute Integrierbarkeit in Fertigungssysteme durch einfache Strahlführung und geringer Entsorgungsaufwand auf.
Diese machen sie optimal für die partielle Teilereinigung in der automatisierten Fertigung. Seine Stärken spielt das Verfahren nach Auskunft des FiT insbesondere bei der Reinigung von Funktionsflächen an vormontierten Baugruppen vor Fügeprozessen aus. Ein Beispiel dafür ist die Fügestellenreinigung an Differentialkorb (Gehäuse des Differentials) und Kegelrad vor dem Laserstrahlschweißen.
Schweißen und Reinigen mit einem Laser
Die Technologie lässt sich dabei so auslegen, dass der Schweißlaser bzw. ein artgleicher cw-CO2-Laser sowohl für den Reinigungs- als auch Fügeprozess von Gusseisen und legiertem Stahl verwendet werden kann. Auf den Einsatz der üblicherweise eingesetzten Kurzpulsreinigungslaser, z. B. qs-Nd: YAG-Laser oder CO2 –TEA-Laser, kann dadurch verzichtet werden. Bei dieser Lösung wird der Schweißlaser auch während seiner für das Teilehandling erforderlichen Stillstandszeiten, beispielsweise Transport der Teile zur und von der Fügestation, Positionieren, Verpressen der Fügepartner, genutzt: Die Umschaltung des Laserstrahls zur Reinigungsstation ermöglicht den Abtrag der den Schweißprozess störenden Verschmutzungen.
Möglich wurde diese Lösung durch den Einsatz der vom Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) entwickelten Scannertechnik, in Kombination mit einer scannerpositionsabhängigen Laserleistungssteuerung.
Nach Informationen des FiT ermöglicht diese Hard- und Softwarelösung sowohl die Sicherstellung der wirkprinzipbedingt erforderlichen Strahlintensitäten und kurzen Wechselwirkungszeiten sowie die flexible Anpassung an unterschiedliche Bauteilgeometrien.
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