Laser-Schweißprozesse

Laser-Schweißprozesse

Laserstrahlschweißen ist ein Schweißprozess, der konzentriertes, hochenergetisches Laserlicht verwendet, um das Material zu schmelzen. Ein wichtiger Aspekt dabei ist, dass das Licht vom Material absorbiert wird, wodurch Wärme erzeugt wird und sich eine geschmolzene Schmelzpfütze bildet. Nicht alle Materialien absorbieren Licht einer bestimmten Wellenlänge gleichermaßen gut. Der Grad der Absorption hängt von der Wellenlänge des Laserlichts und der Art des Materials ab.

Es gibt verschiedene Formen des Laserstrahlschweißens:

  • Leitfähiges Schweißen
  • Laser-Keyhole-Schweißen
  • Laser-Hybrid-Schweißen
  • Fernschweißen
  • Manuelles Laserstrahlschweißen

Leitfähiges Schweißen

Leitfähiges Laserstrahlschweißen zeichnet sich durch begrenzte Durchdringung aus. Diese Art des Laserstrahlschweißprozesses wird hauptsächlich für dünnen Blechdicken eingesetzt, bei denen das Erscheinungsbild der Schweißnaht entscheidend ist. Im Vergleich zu Lichtbogenschweißprozessen bietet das leitfähige Schweißen ein hohes Maß an Präzision und kann für hochpräzise Schweißaufgaben eingesetzt werden.

Laser-Keyhole-Schweißen

Das Laser-Keyhole-Schweißen wird für dickere Materialien eingesetzt. Die Laser, die für diesen Prozess verwendet werden, haben eine hohe Leistung. Ein Schlüsselloch bildet sich, während sich Dampf im Material entwickelt und ausdehnt. Dadurch kann das Laserlicht tiefer in das Material eindringen und eine größere Tiefe mit dem Laser erreichen.

Schweißnähte für das Keyhole-Schweißen müssen sorgfältig vorbereitet werden. Aufgrund der tiefen und schmalen Penetration kann das Schweißen mit einer Nahtvorbereitung durchgeführt werden, die keine Zugabe von Material erfordert.

Laser-Hybrid-Schweißen

Beim Laser-Hybrid-Schweißen wird der Laser mit dem MIG/MAG-Schweißprozess kombiniert. Durch die Integration beider Schweißprozesse ist es möglich, hohe Schweißgeschwindigkeiten bei erheblicher Durchdringungstiefe zu erreichen. Da bei dieser Prozessvariante auch Material hinzugefügt wird, können größere Toleranzen berücksichtigt werden.

Darüber hinaus ist es beim Laser-Hybrid-Schweißen möglich, eine leichte Überdicke zu erzeugen, was bei Keyhole-Schweißen aufgrund des Mangels an zugefügtem Material eine Herausforderung sein kann.

Fernschweißen

Das Fernlaserstrahlschweißen beinhaltet das Projizieren des Laserstrahls auf das zu schweißende Material aus der Ferne. Der Laserstrahl wird durch bewegliche Optiken innerhalb des Schweißkopfes gelenkt. Diese Technik ermöglicht sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten. Sie bietet auch Möglichkeiten zum Schweißen schwer erreichbarer Schweißnähte. Der Schweißkopf kann in Maschinen mit festem Kopfarrangement platziert oder von einem Roboter getragen werden. Durch die Kombination mit einem Scanner kann der Schweißkopf Schweißnähte schnell erkennen und schweißen.

Manuelles Laserstrahlschweißen

Das manuelle Laserstrahlschweißen wird seit seiner Markteinführung im Jahr 2019/2020 zunehmend angewendet. Mit der Einführung von Handgeräten, die mit einer Wobble-Funktion ausgestattet sind, ist es möglich geworden, die Schmelzpfütze effektiv zu kontrollieren. Dadurch kann eine ausreichend große Schmelzpfütze für das Schweißen erzeugt werden.

Im Gegensatz zu anderen Laserstrahlschweißprozessen gibt es beim manuellen Laserstrahlschweißen keine Abschirmung zwischen dem Schweißprozess und dem Bediener. Das Arbeiten mit einer manuellen Laserstrahlschweißmaschine erfordert gute Sicherheitsmaßnahmen und Anweisungen. Dennoch kann dieser Schweißprozess sicher durchgeführt werden, wenn die richtigen Vorsichtsmaßnahmen und Vorkehrungen getroffen werden.

Die notwendigen Schritte für das sichere Anwenden des manuellen Laserstrahlschweißens umfassen:

  • Arbeiten mit einer sicheren Maschine.
  • Arbeiten in einem abgeschirmten Bereich.
  • Klare Arbeitsvereinbarungen/Prozesse festlegen.
  • Die geeignete Schutzausrüstung verwenden, einschließlich Laserschutzbrillen.

Viele dieser Maßnahmen sind in europäischen Normen vorgeschrieben.

Generell ist zu beachten, dass alle Laserstrahlschweißprozesse in der Regel eine geringere Wärmeeinbringung im Vergleich zu Lichtbogenschweißprozessen aufweisen. Dies liegt an der oft viel höheren Schweißgeschwindigkeit und der kleineren Schmelzpfütze im Vergleich zu Lichtbogenschweißprozessen.

Laserquellen für das Laserstrahlschweißen

Verschiedene Arten von Laserquellen werden für das Laserstrahlschweißen verwendet, darunter:

  • Scheibenlaser
  • Faserlaser
  • Diodenlaser
  • CO2-Laser

Scheibenlaser

Ein Scheibenlaser ist ein Festkörperlaser, der eine dünne Schicht Ytterbium als Lasermedium verwendet. Das Laserlicht kann über eine Glasfaser zu den Optiken des Schweißkopfes transportiert werden, was das robotergestützte Schweißen ermöglicht.

Faserlaser

Faserlaser verwenden ebenfalls Ytterbium als Lasermedium. Bei Faserlasern wird das Medium als „Dotierung“ im Kern der Faser verwendet. Laserdioden in der Maschine aktivieren das Medium in den Fasern. Faserlaser-Schweißmaschinen arbeiten typischerweise bei einer Wellenlänge von 1020 nm bis 1080 nm. Diese Wellenlänge wird von Materialien wie Stahl, rostfreiem Stahl gut absorbiert und kann auch zum Schweißen von Aluminium verwendet werden.

Diodenlaser

Diodenlaser sind Festkörperlaser, die für das Schweißen von hochreflektierenden Materialien verwendet werden. Da viele dieser Materialien die Wellenlängen eines Faserlasers nicht gut absorbieren, können Diodenlaser mit Wellenlängen, die vom Material besser absorbiert werden, als Alternative eingesetzt werden.

CO2-Laser

CO2-Laser verwenden eine Gasgemisch als Lasermedium. Diese Art von Laserquelle wird in Schweißanwendungen aufgrund des Aufkommens von Hochleistungs-Faserlasern immer seltener eingesetzt. Ein wichtiger Nachteil für Schweißanwendungen ist, dass der Laserstrahl eines Faserlasers nur mit Spiegeln gelenkt werden kann.

Folglich kann der Laserstrahl nicht für robotergestützte Anwendungen verwendet werden.