Laserschweißen
Das Verfahren

Das Laserstrahlschweißen (EN ISO 4063: Prozess 52) gehört zu den  Schmelzschweißverfahren. Charakteristisch hierfür ist, dass es ohne Aufwendung äußerer Kraft erfolgt, die Fügefläche(n) angeschmolzen werden muss (müssen) und gegebenenfalls geschmolzener Schweißzusatz zugeführt wird. Im Falle des Laserstrahlschweißens erfolgt die Energiezuführung für das Schmelzen der Oberfläche bzw. der Fügepartner über einen Laser. Die in Wärme umgesetzte Energie des Laserstrahls wird durch Absorption des Lichtes am zu bearbeitenden Werkstück lokal begrenzt und gut regelbar eingebracht.

Um eine für die Absorption am Werkstück ausreichende Intensität des Laserstrahls zu erzielen, wird die Laserstrahlung mittels einer Optik fokussiert. Die Werkstückoberfläche der Stoßkante, also der Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile, muss in der unmittelbaren Nähe des Fokus der Optik (im Brennfleck) positioniert werden. Die exakte Lage des Fokus relativ zur Werkstückoberfläche (oberhalb oder unterhalb) ist ein wichtiger Schweißparameter und legt neben der verwendeten Laserleistung die Einschweißtiefe fest. Der typische Brennfleckdurchmesser ist ca. 0,1 mm – 1,0 mm. Die erforderliche Laserleistung liegt, je nach Anwendung, im Bereich von mehreren Kilowatt. Die Absorption der Laserleistung führt auf der Werkstückoberfläche zu einem extrem schnellen Temperaturanstieg über die Schmelztemperatur hinaus. Die Schmelze erfährt im Anschluss typischerweise eine hohe Abkühlgeschwindigkeit und bildet die Schweißnaht aus. Je nach Werkstoff bedingen die hohen Abkühlgeschwindigkeiten metallurgische Veränderungen mit unerwünschten Werkstoffeigenschaften in der Fügezone, wie sie auch vom konventionellen Schweißen bekannt sind. Die Aufhärtung des Schweißgutes und somit reduzierte Zähigkeit, aber auch weiche Zonen neben der Schweißnaht, Kalt- und Warmrisse, Bildung von Poren oder auch der Verzug am Bauteil sind Beispiele für unerwünschte Effekte. Die Schweißeignung von Werkstoffpaarungen, die fertigungsgerechte Konstruktion bzw. Nahtvorbereitung und eine anforderungsgerechte Prozessführung sind beim Laserstrahlschweißen grundsätzlich zu beachten. Um die Schweißstelle vor Oxidation zu schützen, wird sie mit inerten Arbeitsgasen (teilweise auch Gasgemischen) umspült (wenige Liter/min), welche schwerer als Luft sind und somit Sauerstoff verdrängen.

Das Laserstrahlschweißen wird vor allem an metallischen Bauteilen eingesetzt. Herausragende Eigenschaften des Verfahrens sind die hohe Schweißgeschwindigkeit, schmale und schlanke Schweißnahtformen mit einem vergleichsweise geringen thermischen Verzug, sehr hohe Reproduzierbarkeit der erzielbaren Qualität, einfache Prozessführung und -kontrolle sowie eine sehr gute Automatisierbarkeit.

Das häufig auch Laserschweißen genannte Verfahren wird in der Regel ohne Zusatzwerkstoff ausgeführt. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch sinnvoll sein, Zusatzwerkstoffe in Draht- oder Pulverform einzusetzen, insbesondere um metallurgische Eigenschaften des Schmelz- bzw. Schweißguts zu beeinflussen und somit die Schweißbarkeit der Verbindung zu verbessern.

Für das Laserstrahlschweißen gibt es mehrere Verfahrensvarianten, die in Abhängigkeit von der genutzten Strahlquelle, der Fokussierung und der Verwendung von Zusatzmaterialien zu unterschiedlichen Nahtgeometrien und Gebrauchseigenschaften führen.

ERLAS ist ein führender Dienstleister für das Laserstrahlschweißen mit langjähriger Erfahrung durch die Bearbeitung vielseitigster Anwendungen sowohl in der Lohnfertigung als auch im Bau von Sondermaschinen. Die Integration von Sonderlösungen und Entwicklung vieler Prozessen machen ERLAS zu einem Experten der Laserschweißtechnik. Die im Hause ERLAS und dessen Partner verfügbaren Laserstrahlquellen und Führungsmaschinen bieten größtmögliche Anwendungsflexibilität. Nahtbreiten und Einschweißtiefen sind gezielt einstellbar, so, dass sowohl Folien als auch Zentimeter starke Dickbleche gefügt werden können. Verbindungen von Materialkombinationen, die mit anderen Schweißverfahren nicht prozesssicher möglich sind, lassen sich dank des lokal begrenzten Energieeintrages beherrschen. Auch die Verwendung von Zusatzmaterial kann bei der Lösung von Fügeaufgaben hilfreich sein. Nachfolgend einige Beispiele von Werkstoffpaarungen, die erfolgreich angewandt wurden:

Besonders lohnt sich das Laserstrahlschweißen, wenn die Bauteilkonstruktion die verfahrensspezifischen Vorteile nutzt. ERLAS unterstützt Sie als Kunden sowohl bei der laserschweißgerechten Konstruktion, der Herstellung von Prototypen oder Musterteilen als auch später in der Serienfertigung.

Bauteilspezifische Spanntechnik liefert der ERLAS-eigene Maschinenbau.
Hohe Fertigungsqualitäten garantieren unter anderem das Vorhandensein einer eigenen Metallographie sowie eines 3D-Koordinatenmessarmes.