Wie funktioniert Laserschweißen?

Beim Laserschweißen erhitzt ein fokussierter Energiestrahl den Bereich der Fuge, bis eine Schweißverbindung entsteht. Gegenüber vielen Lichtbogenverfahren kann das Laserschweißen eine schmale Wärmeeinflusszone erzeugen und hohe Schweißgeschwindigkeiten ermöglichen. Dadurch können Verzüge begrenzt werden, sie werden jedoch nicht automatisch ausgeschlossen: Bauteilgeometrie, Spannung, Wärmeeintrag und Schweißreihenfolge beeinflussen das Ergebnis.

Ein handgeführtes Laserschweißgerät ermöglicht in der Regel die Einstellung von Leistung, Vorschubgeschwindigkeit, Oszillationsbreite, Fokuslage, Schutzgas und – je nach Ausstattung – Zusatzdrahtzufuhr. Diese Einstellungen wirken zusammen. Die Änderung eines Parameters beeinflusst meist Einbrand, Nahtbreite, Temperatur und Spalttoleranz.

Sicherheit beim Einsatz eines handgeführten Laserschweißgeräts

Laserschweißen erfordert einen technisch ausgelegten Arbeitsplatz und klare Sicherheitsverfahren. Bei zugänglichem Strahl können Gefahren durch direkte und reflektierte Laserstrahlung, Augen- und Hautverletzungen, Entzündung brennbarer Stoffe, Schweißrauche, heißes Metall und Spritzer entstehen.

• verwenden Sie Laserschutzbrillen, die zur Wellenlänge und Spezifikation des konkreten Geräts passen;
• richten Sie einen gekennzeichneten kontrollierten Laserbereich ein und beschränken Sie den Zutritt;
• nutzen Sie Schutzvorrichtungen, Verriegelungen, Not-Halt und die vom Hersteller vorgesehenen Sicherheitsfunktionen;
• stellen Sie eine wirksame Absaugung der Schweißrauche und allgemeine Belüftung sicher;
• entfernen oder schützen Sie brennbare Materialien im Gefahrenbereich;
• lassen Sie nur geschultes Personal nach der Maschinenanleitung arbeiten.

Prozessparameter sollten erst nach der sicheren Einrichtung des Arbeitsplatzes entwickelt werden. Gute Einstellungen ersetzen weder Personenschutz noch Gefährdungsbeurteilung.

Laserschweißen von Aluminium – Werkstoffvorbereitung

Aluminium leitet Wärme sehr schnell ab und bildet eine natürliche Oxidschicht. Diese Oxidschicht verhält sich anders als der Grundwerkstoff. Verunreinigungen und Oxidrückstände können daher die Prozessstabilität verschlechtern und das Risiko von Poren erhöhen. Die Sauberkeit der Fuge ist besonders wichtig.

Vor dem Schweißen

• Öl, Fett, Feuchtigkeit, Staub und Bearbeitungsrückstände entfernen;
• Kanten mit einem für die Legierung und die freigegebene Prozessdokumentation geeigneten Verfahren vorbereiten;
• Bürsten und Werkzeuge ausschließlich für Aluminium verwenden, um Verschleppungen zu vermeiden;
• Zusatzdraht sauber halten, falls er verwendet wird;
• Bauteile so ausrichten, dass das Spaltmaß innerhalb der Prozessfähigkeit liegt.

Laserschweißen profitiert von präzisem Fügen. Ein zu großer oder ungleichmäßiger Spalt kann Einfallstellen, fehlende Nahtkontinuität oder den Bedarf an Zusatzdraht und einer anderen Strahlstrategie verursachen.

Laserschweißen von Edelstahl – Werkstoffvorbereitung

Edelstahl kann besonders bei dünnen Blechen und Profilen sehr hochwertige Laserschweißnähte liefern. Dennoch muss der Werkstoff vor Eisenkontamination geschützt werden. Eine passende Schutzgasabdeckung und kontrollierter Wärmeeintrag helfen, Anlassfarben zu begrenzen und die geforderte Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche zu erhalten.

Gute Vorbereitungspraxis

• Oberfläche entfetten und Staub, Fingerabdrücke sowie Schutzfolienreste entfernen;
• Schleifmittel und Bürsten ausschließlich für Edelstahl verwenden;
• Kontakt mit verunreinigten Tischen, Spannmitteln und Werkzeugen vermeiden, die zuvor für Baustahl eingesetzt wurden;
• stabile Spannungen verwenden, besonders bei dünnen Blechen mit Verzugstendenz;
• nach dem Schweißen den Bedarf an Reinigung, Beizen oder Passivieren gemäß den Bauteilanforderungen bewerten.

Wie werden die Parameter eines Laserschweißgeräts ausgewählt?

Für Aluminium oder Edelstahl gibt es keinen einzigen Parametersatz. Entscheidend sind Werkstoffgüte und -dicke, Nahtform, Spaltmaß, Schweißposition, Quellenleistung, Eigenschaften des Schweißkopfs, Fokussierung, Oszillation, Zusatzwerkstoff und Schutzgas.

Die sicherste Vorgehensweise ist ein Start mit Herstellerdaten oder einer freigegebenen Arbeitsanweisung und anschließende Versuche mit gleichem Werkstoff und gleicher Materialdicke. Verändern Sie jeweils nur einen Parameter, dokumentieren Sie das Ergebnis und beurteilen Sie Einbrand, Nahtbild, Wurzelseite, Verzug und Wiederholbarkeit.

Aluminium im Vergleich zu Edelstahl

Aluminium benötigt aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit oft eine andere Energiebilanz als Edelstahl gleicher Dicke. Edelstahl reagiert sichtbarer auf Überhitzung und Anlassfarben, deshalb sind der lineare Wärmeeintrag und die Qualität der Schutzgasabdeckung besonders wichtig. Ein Programm darf nicht ohne Versuche von einem Werkstoff auf den anderen übertragen werden.

Typische Probleme beim Laserschweißen von Aluminium

Porosität

Poren können mit Feuchtigkeit, Öl, Verunreinigungen, Oxiden, unzureichender Abschirmung oder Eigenschaften der konkreten Legierung zusammenhängen. Beginnen Sie mit erneuter Reinigung, der Kontrolle von Zusatzwerkstoffen und der Prüfung der Gasversorgung.

Fehlender Einbrand oder fehlende Kantenanbindung

Mögliche Ursachen sind zu geringer Wärmeeintrag, zu hohe Geschwindigkeit, falsche Fokuslage, zu großer Spalt oder ungleichmäßige Führung des Schweißkopfs. Korrekturen sollten schrittweise erfolgen, nachdem die Fugenpassung geprüft wurde.

Übermäßiges Aufschmelzen und Einfallen

Dies kann auf zu hohen Wärmeeintrag, zu langsames Schweißen oder eine ungeeignete Oszillationsstrategie hinweisen. Prüfen Sie auch, ob Nahtgeometrie und Kantenbereitung Zusatzdraht oder eine andere Strategie erfordern.

Rissbildung

Einige Legierungen und Nahtgeometrien sind anfälliger für Heißrisse. Dann reicht eine Änderung der Laserleistung allein nicht aus. Werkstoffgüte, Lieferzustand, Nahtkonstruktion, Zusatzwerkstoff und Schweißverfahren müssen bewertet werden.

Typische Probleme beim Laserschweißen von Edelstahl

Anlassfarben

Dunkle, blaue oder violette Verfärbungen können auf übermäßigen Wärmeeintrag, unzureichende Gasabschirmung oder ungünstige Gasführung hinweisen. Je nach Bauteilanforderung kann eine nachfolgende chemische oder mechanische Reinigung beziehungsweise Passivierung nach geeigneter Vorgabe erforderlich sein.

Verzug dünner Bleche

Laserschweißen begrenzt den Wärmeeintrag häufig, dennoch können dünne Bauteile verzogen werden. Geeignete Spannung, richtige Schweißreihenfolge, geringerer linearer Wärmeeintrag und Versuche an repräsentativer Geometrie helfen.

Ungleichmäßige oder unterbrochene Naht

Typische Ursachen sind Verunreinigungen, schwankendes Spaltmaß, instabile Führung, verschlissene Verbrauchsteile oder ungeeignete Einstellungen von Fokus und Gas. Prüfen Sie zuerst die Fugenvorbereitung, bevor Sie große Parameteränderungen vornehmen.

Eisenkontamination

Werkzeuge, die zuvor an Baustahl eingesetzt wurden, können Eisenpartikel auf Edelstahl übertragen. In korrosiver Umgebung kann dies das Aussehen und die Oberflächeneigenschaften beeinträchtigen. Eine getrennte Werkzeugnutzung ist deshalb gute Werkstattpraxis.

Schutzgas und Nahtqualität

Schutzgas hilft, den Kontakt des heißen Metalls mit der Atmosphäre zu begrenzen. In vielen Anwendungen wird Argon eingesetzt. Die Wahl von Gas, Düse, Gasrichtung und Durchfluss sollte jedoch aus der Maschinendokumentation und den Versuchsergebnissen abgeleitet werden.

Zu wenig Durchfluss kann die Abschirmung verschlechtern. Zu viel Durchfluss verbessert das Ergebnis nicht automatisch und kann Verwirbelungen sowie das Ansaugen von Luft verursachen. Gasreinheit, Dichtheit der Anlage, Zustand der Schläuche und Düsenposition sind ebenso wichtig wie der angezeigte Durchflusswert.

Schweißversuche und Qualitätskontrolle

Führen Sie vor Produktionsbeginn eine Reihe von Versuchen mit repräsentativem Material durch. Die Beurteilung sollte sich nicht auf die Sichtseite der Naht beschränken. Abhängig von den Anforderungen sind Einbrand, Querschnittsgeometrie, mögliche Poren, Verzug und Verbindungsfestigkeit zu prüfen.

1. Proben aus gleicher Werkstoffgüte und Dicke wie das Serienbauteil vorbereiten.
2. Oberflächen wie in der Serienfertigung reinigen und vorbereiten.
3. Ausgangspunkt gemäß Maschinenanleitung oder freigegebener Arbeitsanweisung festlegen.
4. Jeweils nur einen Parameter ändern und das Ergebnis dokumentieren.
5. Naht visuell und mit den für die geforderte Qualität geeigneten Methoden bewerten.
6. Einstellungen erst nach wiederholbar guten Ergebnissen freigeben.

Bei hohen Qualitätsanforderungen sollten die für Branche, Kunde oder Produktkonstruktion gültigen Schweißanweisungen und Regeln zur Prozessqualifikation verwendet werden.

Wann ist ein Laserschweißgerät sinnvoll?

Laserschweißen eignet sich gut für Produktionen, bei denen Nahtoptik, geringer Verzug, Wiederholbarkeit und kurze Taktzeit entscheidend sind. Besonders sinnvoll kann es bei dünnen und mittleren Materialdicken, gut vorbereiteten Fugen und Serienbauteilen mit stabiler Geometrie sein.

Es ersetzt WIG, MIG oder MAG nicht immer. Bei großen Spalten, sehr dicken Querschnitten, besonderen Werkstoffanforderungen oder schwer kontrollierbaren Bedingungen kann ein Lichtbogenverfahren geeigneter sein oder den Prozess ergänzen. Die Auswahl sollte auf Schweißversuchen und der geforderten Qualität beruhen, nicht nur auf der angegebenen Quellenleistung.

FAQ

Benötigt Aluminium eine höhere Leistung als Edelstahl?

Wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit benötigt Aluminium oft eine andere Energiebilanz. Einstellungen können aber nicht allein anhand der Werkstoffbezeichnung bestimmt werden. Auch Dicke, Legierung, Spalt, Schweißkopf, Geschwindigkeit und Schweißstrategie sind entscheidend.

Ist beim Laserschweißen von Aluminium immer Zusatzdraht erforderlich?

Nein. Das hängt von Nahtform, Spalt, gewünschter Nahtgeometrie, Materialdicke und Qualitätsanforderungen ab. Zusatzdraht kann erforderlich sein, um einen Spalt zu füllen oder ein gewünschtes Nahtprofil zu erzeugen.

Warum verfärbt sich Edelstahl nach dem Laserschweißen?

Anlassfarben hängen meist mit Wärmeeintrag und Gasabschirmung zusammen. Prüfen Sie Sauberkeit, Gaszufuhr, Führung und Parameter. Je nach späterem Einsatz kann eine Reinigung oder Passivierung erforderlich sein.

Können Einstellungen von einem anderen Laserschweißgerät übernommen werden?

Nicht ohne Versuche. Unterschiede bei Quelle, Kopf, Optik, Software, Verbrauchsteilen, Gas und Nahtgeometrie können das Ergebnis deutlich verändern.

Zusammenfassung

Das Laserschweißen von Aluminium und Edelstahl kann optisch hochwertige und wiederholbare Nähte liefern, verlangt jedoch die Kontrolle des gesamten Prozesses. Aluminium erfordert besonders saubere Oberflächen und die Entfernung von Oxiden. Bei Edelstahl stehen die Begrenzung von Überhitzung, Anlassfarben und Eisenkontamination im Vordergrund.

Entscheidend sind ein sicherer Arbeitsplatz, sauberes Material, stabiles Fügen, passend ausgewähltes Schutzgas, Schweißversuche und dokumentierte freigegebene Einstellungen. Erst das Zusammenspiel dieser Faktoren ermöglicht den wirksamen Einsatz eines Laserschweißgeräts in der Produktion.