Metallschweißen

Laserschweißen Metall

Laserschweißen (engl. laser welding oder laser beam welding)

ist eine kostengünstige und berührungsfreie Alternative für das Schweißen

einer Vielzahl von Metallen in nahezu jeder Branche. Es können

beispielsweise Edelstahl, Aluminium, Kupfer oder Gold durch das

Laserschweißen bearbeitet werden. Ganz gleich, ob Kunden hohe

Bearbeitungsgeschwindigkeiten, komplexe

Schweißnaht-Geometrien oder mehrlagige

Verbindungen benötigen – IPG bietet einzigartige

Lösungen mit Faserlasern für ein breites

Spektrum von Anwendungen, u. a. das Metallschweißen.

Material, Bauteilgestaltung und Verbundspannung sind einige der Faktoren, die bestimmen, welches Fügeverfahren verwendet werden soll. Laserschweißen ist oft die ideale Lösung zum Fügen von verschiedensten Arten von Metallen, die eine relativ hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, einen geringen Wärmeeintrag, eine kleine Wärmeeinflusszone (WEZ) und minimale Verformung erfordern. Die vier gebräuchlichen Verfahren für das Laserschweißen bzw. Metallschweißen werden im Folgenden kurz beschrieben. 

Verfahren Laserschweißen

Beim Hybridschweißen wird das Laserschweißen mit anderen Schweißverfahren kombiniert, in der Regel mit dem MIG-Schweißen (Metall-Inertgas-Schweißen).

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Wärmeleitungsschweißen ähnelt dem Punktschweißen. Dieses Schweißverfahren unterscheidet sich dennoch vom Punktschweißen dadurch, dass es ermöglicht, den Laserstrahl nach dem Erzeugen der Schmelze zu bewegen. Bei diesem Verfahren können modulierte oder gepulste IPG-Faserlaser zum Erzeugen einer Schweißnaht verwendet werden. Die Einschweißtiefe beträgt in der Regel weniger als 2 mm, darum wird dieses Verfahren zum Laserschweißen von dünnen Metallen angewendet.

 

 

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Laserpunktschweißen ist ein berührungsloses Verfahren, bei dem mit einem Laser ein einzelner Schweißpunkt zum Verbinden von Metallen erzeugt wird. Wenn der Laserstrahl fokussiert wird, wird das Licht vom Werkstück absorbiert und schmilzt das Metall. Das verflüssigte Metall erstarrt und erzeugt einen Schweißpunkt. Dieser gesamte Vorgang erfolgt innerhalb von Millisekunden. Je nach Materialstärke und erforderlicher Verbindungsfestigkeit können durch das Laserschweißen weitere Schweißpunkte gesetzt werden.

 

 

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Tiefschweißen ist ein weiteres Verfahren zum Metallschweißen, das mit Lasern realisiert werden kann. Dieses Fügeverfahren erfordert extrem hohe Leistungen zum Erzeugen einer Laserschweißnaht. Der fokussierte Laserstrahl schmilzt und verdampft das Substrat. Der Dampfdruck verdrängt das geschmolzene Metall und erzeugt ein tiefes und schmales „Keyhole“. Wenn sich der Laserstrahl beim Laserschweißen bewegt, fließt das geschmolzene Metall in das Keyhole und erstarrt in einer tiefen und schmalen Schweißnaht entlang der Bahn des Laserstrahls.

 

 

Metallarten

Edelstahl  Carbonstahl Gold & Silber Aluminium
Werkzeugstahl Nickellegierungen Messing & Kupfer Titan

 

 

Faserlaser werden heute zum Laserschweißen einer sehr breiten Palette dickerer Metalle eingesetzt. Die Wellenlänge von 1.070 nm im nahen Infrarotbereich bietet aufgrund der geringeren Reflexion von Metallen bei dieser Wellenlänge deutliche Vorteile bei diesen Fügeverfahren gegenüber der CO2-Lasertechnologie. Dies gilt insbesondere für das Metallschweißen stark reflektierender Metalle wie Aluminium und Kupfer, bei dem Hochleistungslaser zum Schweißen von Materialstärken von bis zu 15 mm verwendet werden. Diese Stärken konnten bisher nicht mit anderen Lasern geschweißt werden. Die Verwendung von Faserlasern mit hoher durchschnittlicher Leistung und relativ kleinen Spotgrößen zum Laserschweißen dickerer Metalle erfordert ein als Tiefschweißen bekanntes Verfahren. Das vom Laser erzeugte Keyhole fängt den Laserstrahl sehr effektiv in der Verbindung ein, sodass bei hohen Geschwindigkeiten eine qualitativ hochwertige Schweißnaht mit hoher Einschweißtiefe erzeugt werden kann. Die hohe Strahlqualität von Faserlasern ermöglicht die Verwendung längerer Brennweiten mit höherer Tiefenschärfe für das Keyhole-Schweißen. Dies bedeutet, dass die Anforderungen hinsichtlich der Fokuspositionierung geringer sind und eine qualitativ hochwertige Schweißnaht deutlich einfacher hergestellt werden kann. Weitere Beispiele für das Laserschweißen von dickem Metall sind das Schweißen von Getriebekomponenten und Tiefschweißen von dickwandigen Stahlbauteilen und Pipelines.  

 

Laserschweißen ist oft die ideale Lösung zum Fügen von verschiedenen Arten von Metallen, die eine relativ hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, einen geringen Wärmeeintrag, eine geringe Wärmeeinflusszone (WEZ) und minimale Verformung erfordern. Die hohe Strahlqualität von Faserlasern der kW-Klasse in Verbindung mit mittlerer bis hoher durchschnittlicher Leistung ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen von Schweißverfahren, vom Keyhole-Schweißen mit schmaler Schweißnaht und hohem Querschnittsverhältnis bis zum Wärmeleitungsschweißen mit flacher, breiter Schweißnaht. CW-Faserlaser mit niedriger bis mittlerer Leistung (bis 1 kW) werden verwendet, um mit sehr hoher Geschwindigkeit dünne Bleche aus unterschiedlichsten Materialien mit einer Stärke von bis zu 1,5 mm zu schweißen.

CW-Faserlaser mit niedriger bis mittlerer Leistung können zum Remote-Laserschweißen mit Galvanometern und langen Brennweiten auf kleine Spotgrößen fokussiert werden. Die Verwendung längerer Brennweiten mit einem größeren Abstand bietet viele Vorteile beim Metallschweißen, da sie den Arbeitsbereich deutlich vergrößert. Beispielsweise kann der Faserlaser beim Remote-Laserschweißen komplette Türverkleidungen schweißen. In Kombination mit Robotern können an einer ganzen Fahrzeugkarosserie Überlapp- oder Liniennähte hergestellt werden. Ein weiteres Beispiel ist die gasdichte Schweißnaht von Akkupacks und Druckdichtungen, die beim Laserschweißen mit Faserlasern problemlos hergestellt werden kann.

Die einzigartigen modulierbaren QCW-Faserlaser von IPG eignen sich dank ihrer hohen Spitzenleistung und niedrigen durchschnittlichen Leistung zum gepulsten Laserschweißen für Anwendungen mit geringem Wärmeeintrag.  Die Faserführung ermöglicht die einfache Integration in herkömmliche Schweißköpfe mit direkter optischer Übertragung oder Galvanometerköpfe. Beim Laserschweißen medizinischer Geräte wie Herzschrittmachern wird das Punktschweißen mit Lasern genutzt. Strahlführungssysteme auf Grundlage von Galvanometern können zum Hochgeschwindigkeits-Punktschweißen von Mobiltelefon- und Tabletgehäusen, Rasierklingen oder Komponenten im Automobilbau verwendet werden.

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