Laserschweißen

Beim Laserschweißen wird Licht mit Hilfe einer Fokussieroptik auf einen 0,2 bis 0,3mm kleinen Fleck gebündelt. Da die Energiedichte sehr hoch ist, wird das zu schweißende Material schnell geschmolzen und es entsteht schnell eine Schweißnaht.

In diesem Artikel findest Du Informationen zu folgenden Themen:

So funktioniert das Verfahren
Verfahrensvarianten
Vorteile des Verfahrens
Welches Gas wird beim Laserschweißen benötigt?
Benötigtes Equipment

Beschreibung des Verfahrens

Das von Hochleistungslasern (emittierte) Licht wird mittels einer Fokussieroptik auf einen Brennfleck (Ø 0,2 – 0,3 mm) gebündelt. Aufgrund seiner hohen Energiedichte wird das zu schweißende Material schnell geschmolzen. Mit dem Erreichen des Schmelzpunktes steigt die Absorption und damit die Energiekopplung im Material stark an und das Material verdampft. Es bildet sich ein sog. Dampfkanal (Keyhole) aus. Dieser Dampfkanal, angefüllt mit Plasma, absorbiert die Energie des Laserstrahls nahezu vollständig. An der Oberfläche der Schweißnaht ist die laserinduzierte Plasmabildung, an der auch das Schutzgas beteiligt ist, deutlich zu sehen.

Die Wärme breitet sich vom Dampfkanal nach allen Seiten aus und nicht von der Oberfläche nach unten! Um den Dampfkanal bildet sich eine Schmelzzone. Wenn sich Laserstrahl und Werkstück relativ zueinander bewegen, läuft das geschmolzene Material hinter dem Lasterstrahl zusammen und erstarrt rasch zu einer Schweißnaht. Der Vorgang verläuft in Sekundenbruchteilen, wodurch – je nach Laserleistung – entsprechend hohe Schweißgeschwindigkeiten erzielt werden können.

Verfahrensvarianten

Wärmeleitungsschweißen

Beim Wärmeleitungsschweißen ist die Intensität des Laserstrahls unterhalb der kritischen Schwelle von ca.10 6 W/cm², bei der sich ein Metallplasma bildet. Es tritt kein Tiefschweißeffekt auf, die Einschweißung ist flach.

Tiefschweißen

Das Tiefschweißen ist das wichtigste Verfahren des Laserschweißens. Bei Tiefschweißen liegt die Intensität des Laserstrahls über der kritischen Grenze von 10 6W/cm². Der Werkstoff wird an der Schweißstelle aufgeschmolzen, ein Teil davon verdampft. Durch weitere Absorption der Laserenergie wird ein Gemisch aus verdampftem Werkstoff und Schutzgas ionisiert; es entsteht das laserinduzierte Plasma.

Da der Absorptionsgrad des Plasmas höher ist als der der Schmelze kann die Energie des Laserstrahls nahezu vollständig in das Werkstück eingebracht werden. Wichtig für den Tiefschweißeffekt ist, dass sich das Plasma an der richtigen Stelle bildet. Dies kann über die Fokuslage beeinflusst werden.

Schweißen mit Zusatzwerkstoff

Hierbei handelt es sich um eine Sonderform des Laserschweißens, die vor allem bei großer Spalttoleranz und großer Blechdicke ( z.B. Mehrlagenschweißen) zu empfehlen ist.
Das Zusatzmaterial wird in der Regel in Drahtform der Schweißzone zugeführt und dient als Füllmaterial, um bei größeren Spalten ein Einfallen der Naht zu verhindern. Um eine Oxidation zu verhindern, kann zusätzlich ein Schutzgas verwendet werden.

Vorteile des Verfahrens

berührungslose Bearbeitung des Werkstückes
sehr schlanke Nahtgeometrie mit großem Tiefe-Breite-Verhältnis
geringe Wärmeeinflusszone, niedrige thermische Belastung, wenig bzw. kaum Verzug
hohe Schweißgeschwindigkeiten möglich
gute Zugänglichkeit
hoher Automatisierungsgrad
wenig bzw. kaum Spritzerbildung
hohe Qualität
unterschiedliche Werkstoffe schweißbar

Darstellung Laserschweißen — Schematische Darstellung vom Laserschweißen

Welches Gas wird beim Laserschweißen benötigt?

Beim Laserschweißen können als Prozess- bzw. Schutzgas verschiedene Gase benutzt werden. Je nach konkreter Anwendung werden Prozess-/Schutzgase wie Argon 4.6 oder besser, CO2 und Gemische, Helium 4.6 oder besser, Stickstoff 3.5 oder besser benötigt. Ebenfalls möglich sind Lasergase wie Helium 4.6, Kohlendioxid 4.5, LASGON®e, Stickstoff 5.0, VARIGON®e.

Benötigtes Equipment

Armaturen mit Durchflussmessung an der Entnahmestelle bzw. am Laser-Schweißkopf für technische Reinheiten bis 5.0
Cu- Rohr (öl- und fettfrei) bzw. Kunststoffschlauch in z.B. PE- Qualität
Reinstgasarmaturen mit zweistufiger Druckreduzierung / Metallmembrane (Edelstahl)

Das Laserschweißen ist für alle geeignet, die Wert auf eine hohe Qualität der Schweißnaht legen. Viel Spaß beim Ausprobieren wünschen Dir die Schweisshelden!