Neue Lasertechnologie ermöglicht das Schweißen dicker Teile

Civan arbeitet mit AMET Inc. zusammen, um ein schlüsselfertiges Laserschweißsystem für dicke Metalle zu entwickeln. Foto mit freundlicher Genehmigung von Civan Lasers

Die Dynamic-Beam-Laser-Technologie (DBL) ermöglicht das Single-Pass-Schweißen von Metallteilen mit einer Dicke von 25 bis 50 Millimetern. Die Technologie gibt Ingenieuren mehr Kontrolle über einen breiteren Satz von Schweißparametern. Foto mit freundlicher Genehmigung von Civan Lasers

Ein gängiges Verfahren zum Schweißen dicker Metallteile ist das Unterpulverschweißen (UP-Schweißen). Typischerweise erfordern SAW- und andere Prozesse das Abschrägen der Werkstücke, um dem Brenner Zugang zur Verbindungswurzel zu ermöglichen. Der Mehrdurchgangsprozess erfordert einen hohen Wärmeeintrag in die Schweißkonstruktion und kann eine große Wärmeeinflusszone (HAZ) sowie Verformungen erzeugen.

Eine neue Lasertechnologie des israelischen Herstellers Civan Lasers verspricht, diese Einschränkungen zu überwinden. Der dynamische Strahllaser (DBL) des Unternehmens ermöglicht das Single-Pass-Schweißen von Metallteilen mit einer Dicke von 25 bis 50 Millimetern. Die Technologie arbeitet mit Megahertz-Frequenzen und Leistungen von 7 bis 28 Kilowatt und gibt Ingenieuren mehr Kontrolle über einen breiteren Satz von Schweißparametern.

Die Laser von Civan basieren auf der Technologie der kohärenten Strahlkombination (CBC) und der optischen Phased-Array-Technologie (OPA). Bei CBC ermöglicht die parallele Verstärkung eines einzelnen Seed-Signals eine kohärente Rekombination und steigert die Ausgangsleistung auf ein Niveau, das mit in Reihe geschalteten Verstärkern nicht erreichbar ist. OPA reguliert individuell die Phase eines 2D-Ausgangsarrays. Dies ist die Schlüsseltechnologie hinter Strahlformung, Live-Strahlkorrektur, Fokussteuerung und anderen Leistungsfähigkeiten.

Mit der Technologie von Civan können Ingenieure über eine benutzerfreundliche Software jede beliebige Strahlform entwerfen. Ingenieure können innerhalb weniger Minuten eine neue Strahlform konstruieren und auf den Laser laden. Ingenieure können auch die Strahlfrequenz steuern. Die Strahlform entsteht durch schnelles Wackeln des Strahls und bei Frequenzen von bis zu 50 Megahertz. Ingenieure können komplexe Strahlformen erstellen, die statische und dynamische Bewegung kombinieren und so eine bessere Kontrolle über das Schmelzbad ermöglichen. Dank der Schnellfokussteuerung können Ingenieure den Fokuspunkt des Lasers während des Schweißens schnell und kontinuierlich um bis zu 20 Millimeter verändern, sodass der Strahl die Bewegung einer Stichsäge simuliert. Dies gibt Ingenieuren eine bessere Kontrolle über die Schlüsselloch- und Schmelzbaddynamik und ist besonders effektiv beim Schweißen rissempfindlicher Materialien.

„Diese Fähigkeiten ermöglichen neue Anwendungen für Laser“, erklärt Eyal Shekel, Ph.D., CEO von Civan. „DBLs ähneln der Elektronenstrahltechnologie in ihrer Fähigkeit, den Strahl im Megahertz-Bereich zu bewegen. DBLs können dies jedoch tun, ohne dass eine Vakuumumgebung erforderlich ist.“

Die einzigartigen Fähigkeiten des DBL ermöglichen erstmals das Laserschweißen dicker Metalle und bringen alle Vorteile des Lasers auf Metallteile mit einer Dicke von 15 bis 50 Millimetern. Zu diesen Vorteilen gehören der Wegfall des Anfasens und die Reduzierung von HAZ und Verformung sowie höhere Schweißgeschwindigkeiten.

Darüber hinaus erleichtert die DBL-Plattform das schnelle Testen verschiedener Strahlformen und -frequenzen, um den optimalen Prozess für hochwertige Schweißnähte zu definieren. Ingenieure können in kurzer Zeit eine Vielzahl von Tests durchführen und schnell Ergebnisse sehen. Durch die Änderung einer Bedingung nach der anderen können Ingenieure unabhängig von der Anwendung die ideale Form, Häufigkeit und Vorschubgeschwindigkeit für die stärkste Schweißnaht mit minimalen Spritzern und Porosität ermitteln.

Civan arbeitet mit AMET Inc. zusammen, um ein schlüsselfertiges Laserschweißsystem für dicke Metalle zu entwickeln. Mit Sitz in Rexburg, ID, entwickelt und fertigt AMET automatisierte Schweißsysteme. Das Projekt hat ein Stipendium der Israel-US Binational Industrial Research and Development Foundation erhalten, die darauf abzielt, die Zusammenarbeit zwischen israelischen und US-amerikanischen Unternehmen zu unterstützen.

Das Projekt begann im März 2022 und die Unternehmen werden das erste System im Februar 2023 ausliefern. Das System wird im AMET-Werk in Idaho hergestellt. Parallel zum Bau der Maschine entwickelt Civan in seinem Anwendungslabor in Jerusalem Schweißprozesse. Civan hat bereits die Fähigkeit bewiesen, Teile mit einer Dicke von 25 Millimetern zu schweißen, und das Unternehmen strebt an, bis Ende 2022 über ein Verfahren zum Schweißen von Teilen mit einer Dicke von 50 Millimetern zu verfügen.

Die Technologie erweist sich auch als vielversprechend beim Schweißen von Leichtbaumaterialien wie Aluminium der Serie 6XXX, Aluminiumdruckguss, Batteriekühlplatten für Elektrofahrzeuge (EVs) und Kupfer-Haarnadeln für EV-Motoren.

Weitere Informationen zur Lasertechnologie finden Sie hier auf der Website von Civan. Weitere Informationen zu automatisierten Schweißsystemen finden Sie hier auf der Website von AMET.