Laserschweißen

Laserschweißen ist ein sehr innovatives Verfahren, bei dem ein Laser zum Erhitzen des zu verbindenden Materials verwendet wird. Üblicherweise wird dabei kein Zusatzwerkstoff benutzt. Die Hitze des Laserstrahls schmilzt die Materialien, die beim anschließenden Abkühlen eine feste Verbindung miteinander eingehen. Laserstrahlschweißen kommt insbesondere in der Industrie zum Einsatz und wird häufig für Metalle verwendet, die mit klassischem Schweißen nur schwer zu verbinden sind.

 

Prozess 52

Immer einen Trumpf im Ärmel

Gemäß EN ISO 4063 wird das Laserschweißen als ein spezielles Schweißverfahren, bei dem die Energiezuführung über einen Laser erfolgt, beschrieben. Es kommt insbesondere beim Verschweißen von Bauteilen zum Einsatz, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform bei geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen.

Dies geschieht in der Regel mit einem CO2 Laser. Laserschweißanlagen, die mit einem Faserlaser oder gar einem Diodenlaser ausgestattet sind, findet man in Deutschland aufgrund der höheren Kosten eher selten. Dabei bieten diese gerade beim Laserstrahlschweißen eine Reihe von Vorteilen, darunter eine bessere Laserleistung und größere Effizienz, was sich in der Schweißnahtqualität durchaus bemerkbar macht.

itec: Das Laserschweißen ist ein sehr präzises Verfahren, mit dem sich sehr gute Ergebnisse erzielen lassen. Allerdings ist es auch ein sehr teures Verfahren. Aus diesem Grund wird es oft nur für Anwendungen eingesetzt, bei denen konventionelle Schweißverfahren nicht möglich sind oder zu schlechteren Ergebnissen führen würden.

Vorteile des Laserschweißens

Das Schweißen ist ein Fügeverfahren und wird für gewöhnlich immer dann eingesetzt, wenn Materialien oder Bauteile dauerhaft miteinander verbunden werden sollen. Beim Laserschweißen wird statt einem Lichtbogen nun ein Laser zum Erhitzen verwendet, der

  • sicher
  • leichter zu handhaben
  • schneller
  • präziser
  • sauberer

arbeitet und dementsprechend bessere Ergebnisse erzielt. Dank der individuellen Einstellungen des Laserstrahls lassen sich Materialien unterschiedlichster Herkunft bearbeiten.

itec: Das Laserschweißen hat viele Vorteile gegenüber anderen Schweiß- und Fügeverfahren: Es ist schneller, präziser und erzeugt weniger Abfall. Außerdem kann Laserschweißen zum Schweißen unterschiedlicher Werkstoffe, darunter Metall und Kunststoff, verwendet werden.

Geschwindigkeit des Laserstrahls

Einer der Hauptvorteile, die das Laserschweißen so interessant für zahlreiche unserer Kunden macht, ist die Schweißgeschwindigkeit: Laserschweißnähte können extrem schnell hergestellt werden. Oft dauert es nur wenige Sekunden, bis Werkstoffe fest miteinander verbunden sind.

Präzision des Verfahrens dank Lasertechnologie

Ein weiterer Vorteil des Laserschweißens ist, dass es sehr präzise einsetzbar ist: Der Laserstrahl kann so fokussiert werden, dass nur eine sehr feine Schweißnaht zurückbleibt und das bei sehr geringem Verzug in den Bauteilen. Insbesondere für die Verbindung von sehr dünnen Materialien und kleinen Werkstücken ist die Präzision des Laserschweißens sehr vorteilhaft.

Weniger Abfall durch Laserschweißen

Der hohen Energiedichte des Laserstrahls ist es zu verdanken, dass das Laserschweißen eine sehr saubere Methode ist: weil der gebündelte Laserstrahl Werkstücke nur punktuell aufschmilzt, entsteht beim Laserschweißen deutlich weniger Abfall als bei anderen Fügeverfahren.

Einsatzgebiete

Das Laserschweißen ist nicht nur sehr sauber und präzise, sondern kann auch zum Schweißen einer Vielzahl von Materialien wie diverse Metalle, Kunststoffe und selbst Verbundwerkstoffe eingesetzt werden. Dementsprechend groß ist das Interesse am Einsatz des Verfahrens in vielen Branchen der Industrie und Produktion.

  • Automobilindustrie – sie ist eine der wichtigsten Branchen, in denen das Laserschweißen eingesetzt wird. Laserschweißnähte werden verwendet, um Auto- und Karosserieteile, zusammenzufügen.
  • Luft- und Raumfahrtindustrie – Das Schweißen von Flugzeugteilen, ganzen Rümpfen und Tragflächen, steht im Vordergrund.
  • Medizintechnik – Insbesondere Implantate und Prothesen profitieren von den feinen Schweißnähten, die der Laserstrahl hinterlässt. Laserschweißen kommt aber auch bei Blutgefäßen und anderen Geweben zum Einsatz.
  • Elektronikindustrie – Laserschweißen wird oftmals zum Schweißen von Leiterplatten und elektronischen Bauteilen aber auch anderen Produkten der Mikrotechnologie eingesetzt.

itec: Das Laserschweißen hat viele Vorteile gegenüber anderen Schweißverfahren. Es ist schnell, präzise und erzeugt weniger Abfall als herkömmliche Methoden, während es für nahezu alle Materialien und Werkstoffe geeignet ist. Viele Branchen nutzen das Laserstrahlschweißen daher zur effizienten Herstellung ihrer Produkte.

Funktionsweise des Laserschweißens

Das Laserschweißen wird in vielen Branchen der Industrie und Fertigung, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik oder auch in der Elektronik eingesetzt, um vor allem empfindliche Materialien wie dünne Metalle und Kunststoffe unter möglichst geringem Verzug fest miteinander zu verbinden.

Die Funktionsweise ist dabei denkbar einfach: Das vom Laser erzeugte Licht wird zunächst in einer Fokussieroptik gebündelt und anschließend auf einen Brennfleck gerichtet. Der minimale Durchmesser des Laserstrahls sorgt für eine hohe Energiedichte und konzentriert sich damit auf einen Fleck mit nur wenigen Zehntel Millimetern. Beim Auftreffen auf die Werkstoffoberfläche wird die Laserenergie in Wärme umgewandelt und schmilzt das Material punktuell innerhalb weniger Sekunden. Der gleichzeitige Einsatz von Schutzgas verhindert beispielsweise die Oxidation von Werkstücken und schirmt diese vor schädlichen Einflüssen der Umgebungsluft ab. Die beim laserschweißen entstehenden Schweißnähte werden innerhalb kürzester Zeit abgekühlt, weshalb auch der thermische Verzug im Werkstück äußerst gering gehalten werden kann.

itec: Das Laserstrahl-Licht wird in einer Fokussieroptik gebündelt und erzeugt einen Brennfleck kleinsten Durchmessers, weshalb beim Laserschweißen sehr präzise gearbeitet werden kann und das bei sehr hohen Schweißgeschwindigkeiten! Der Einsatz von Schutzgas verhindert unerwünschte Effekte auf dem bearbeiteten Werkstück, egal ob das Bauteil aus Metall oder Kunststoff besteht. Ein anderer Zusatzwerkstoff wird beim Laserschweißen – genau wie beim Laserschneiden – nicht eingesetzt.

Das Laserschweißen hat viele Vorteile gegenüber anderen Schweißverfahren. Es ist schnell, effizient und kann bei nahezu allen Materialien eingesetzt werden. Der zunächst höhere Kostenaufwand für Ihre Produkte rechnet sich jedoch.

Methoden beim Laserstrahlschweißen

Laserschweißen wird für gewöhnlich zum Verbinden von Material eingesetzt, wenn anderer Fügeverfahren nicht zum gewünschten Ergebnis im Werkstück führen würden.

Stumpfstoßschweißen

Diese sehr beliebte Art des Schweißens wird häufig verwendet, um Materialien ohne Winkel miteinander zu verbinden. Es wird eine sogenannte Stumpfnaht hergestellt, die sehr stark ist und auch größerer Belastung standhalten kann. Die mittels Laserstrahl hergestellte Naht ist deutlich sauberer als eine herkömmliche Stumpfstoßschweißnaht.

Einsatzgebiet: Getriebeteile, Wandler, Motorkomponenten, Elektronik‑Komponenten, Sensorik-Elemente

Überlappstoßschweißen

Beim Überlappstoßschweißen erfolgt das Fügen zweier Bauteile bei gleichzeitiger Überlappung des Materials, was eine stabile und dennoch leichte Verbindung ermöglicht. Es kann bei dickeren und dünneren Kunststoffen, Metallen und Co. eingesetzt. Die Herausforderung beim Schweißen mit Überlappung besteht darin, die Naht möglichst flach zu halten. Das ist nicht nur entscheidend für die Optik der Bauteile, sondern gewährleistet eine gleichmäßige Stabilität.

Einsatzgebiet: Karosseriebauteile, Solar-Kollektoren

Kehlnahtschweißen

Dieses Schweißverfahren kommt meist zum Einsatz, um ein Werkstück auf einem anderen in einem Winkel von üblicherweise 90 Grad zu befestigen. Die Kehlnaht ist dabei meist abgerundet oder konvex geformt, weshalb ihre Gleichmäßigkeit im klassischen Schweißverfahren besonders schwer zu erreichen ist. Die Größe der Schweißnaht wirkt sich dabei stark auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen beispielsweise Ermüdung und die Rissbildung durch wiederholte starke Belastung aus.

Einsatzgebiet: Karosseriebauteile, Sicherheitselemente

Rundschweißungen

Bei diesem Verfahren werden kreisförmige Bewegungen zur Erzeugung einer Schweißnaht verwendet. Auf diese Weise lassen sich stärkere Schweißnähte erzeugen als mit anderen Verfahren. Insbesondere durch das Laserschweißen ist es so auch an schwer erreichbaren Stellen einsetzbar.

Es gibt zwei Haupttypen von Rundschweißnähten: Bei der Volldurchschweißung wird das Material vollständig durchgeschweißt, während bei der Teildurchschweißung nur ein Teil des durchgeschweißt wird. Nur teilweise durchgeschweißte Nähte erzeugen schönere Optiken und werden oft aus kosmetischen Gründen verwendet.

itec: Für Hilfe und Informationen zu den unterschiedlichen Verfahren und Möglichkeiten ihrer Anwendungen wenden Sie sich gern via e Mail an uns. Profitieren Sie in einer ausführlichen Beratung von unserem Fachwissen – gemeinsam besprechen wir unsere Angebote und treffen die für Sie passende Auswahl!

Laser ist nicht gleich Laser

Einsatz von Lasern beim Laserschweißen

Laserschweißen ist in der Regel etwas teurer als herkömmliche Verfahren zum Fügen unterschiedlichster Werkstoffe. Aufgrund seiner großen Flexibilität kann es jedoch in vielen Fällen eingesetzt werden, in denen andere Methoden nicht anwendbar sind. Neuere CO2- und Faserlasertechnologien schließen zudem die Preislücke zu den traditionellen Schweißverfahren.

 

CO2-Laserschweißen

Das CO2-Laserschweißen ist die am weitesten verbreitete Art beim Laserschweißen und wird auf zahlreichen Laserschweißanlagen praktiziert. Dabei wird ein Kohlendioxidgas verwendet, um eine Wellenlänge von Infrarotlicht zu erzeugen, die von den Bauteilen absorbiert wird.

CO2-Laserschweißen ist schnell, effizient und kann bei nahezu allen Materialien eingesetzt werden. Allerdings hat es auch einige Nachteile: CO2-Laser sind nicht so präzise wie andere Lasertypen und eignen sich daher nicht für sehr kleine oder komplizierte Schweißnähte. Darüber hinaus können CO2-Laser durch Wasserdampf beschädigt werden, weshalb der Schweißbereich unbedingt trocken gehalten werden muss.

Faserlaserschweißen

Das Faserlaserschweißen ist eine neuere Art zum Fügen, bei der ein Glasfaserkabel zur Erzeugung des Laserstrahls verwendet wird. Faserlaser sind präziser als CO2-Laser und können für kleinere oder kompliziertere Schweißnähte verwendet werden. Allerdings sind sie auch teurer und können durch Staub oder andere Verunreinigungen beschädigt werden.

YAG-Laserschweißen

Das YAG-Laserschweißen ist die älteste Methode im Laserschweißen. Dabei wird ein Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall zur Erzeugung einer Laserstrahlung verwendet.

Nd:YAG-Laser sind auf der einen Seite weniger teuer als Faserlaser, aber nicht so präzise.

itec: Laserschweißen ist eine deutliche Entwicklung hinsichtlich des klassischen Plasma- oder Lichtbogenschweißens und eignet sich am besten zum Fügen kleiner Teile oder zur Herstellung sehr präziser Schweißnähte an nur schwer zugänglichen Stellen. Es kann bei Werkstücken unterschiedlichster Metalle, Stahl oder Kunststoffen verwendet werden, wobei die zu fügenden Werkstoffe mit einem leistungsstarken Laser zusammengeschmolzen werden. Durch die Hitze des Laserstrahls entsteht eine Schmelze, die schnell abkühlt und sich verfestigt, sodass eine feste Verbindung zwischen den beiden Teilen entsteht. Der Laser ermöglicht zudem hohe Schweißgeschwindigkeiten.

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