Metallschweißen

Laserschweißen ist eine kostengünstige und

berührungsfreie Alternative für das Schweißen

einer Vielzahl von Metallen in praktisch jeder Branche.

 

Ganz gleich, ob Kunden hohe

Bearbeitungsgeschwindigkeiten, komplexe

Schweißnahtgeometrien oder mehrlagige

Verbindungen benötigen – IPG Photonics

bietet einzigartige Lösungen für ein breites

Spektrum von Schweißanwendungen.

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

Laserschweißverfahren

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, ermöglicht jedoch, den Laserstrahl nach dem Erzeugen der Schmelze zu bewegen. Bei diesem Verfahren können modulierte oder gepulste Laser zum Erzeugen einer Schweißnaht verwendet werden, die gasdicht sein kann. Die Einschweißtiefe beträgt in der Regel weniger als 2 mm.

 

 

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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 Substrat absorbiert und schmilzt das Metall. Das verflüssigte Metall fließt, erstarrt und erzeugt einen kleinen Schweißpunkt. Dieser gesamte Vorgang erfolgt innerhalb von Millisekunden und kann je nach Materialstärke und erforderlicher Verbindungsfestigkeit wiederholt werden.

 

 

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Tiefschweißen erfordert extrem hohe Leistungsdichten zum Erzeugen einer Laserschweißnaht. Der fokussierte Laserstrahl schmilzt und verdampft das Substrat.  Der Dampfdruck verdrängt das geschmolzene Metall und erzeugt ein tiefes und schmales „Schlüsselloch“. Wenn sich der Laserstrahl bewegt, fließt das geschmolzene Metall um das Schlüsselloch und erstarrt in einer tiefen und schmalen Naht entlang seiner Bahn.  

 

 

Metallarten

Edelstahl & Stahl Karbonstahl Gold & Silber Aluminium
Glas & Keramik Nickellegierungen Messing & Kupfer Titan

 

 

Faserlaser werden heute zum Schweißen einer sehr breiten Palette dickerer Metalle eingesetzt. Die Wellenlänge von 1.070 nm im nahen Infrarotbereich bietet aufgrund der geringeren Reflektivität von Metallen bei dieser Wellenlänge deutliche Vorteile gegenüber der CO2-Lasertechnologie. Dies gilt insbesondere für stark reflektierende Metalle wie Aluminium und Kupfer, bei denen Hochleistungs-Faserlaser zum Schweißen von Materialstärken von bis zu 15 mm verwendet werden – Stärken, die bisher nicht mit anderen Lasern geschweißt wurden. Die Verwendung von Lasern mit hoher durchschnittlicher Leistung und relativ kleinen Spotgrößen zum Schweißen 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 qualitativ hochwertige Schweißnähte mit hoher Einschweißtiefe erzeugt werden können. Die hohe Strahlqualität von Faserlasern ermöglicht die Verwendung längerer Brennweiten mit höherer Tiefenschärfe für das Keyholeschweißen. Dies bedeutet, dass die Anforderungen hinsichtlich der Fokuspositionierung geringer sind und qualitativ hochwertige Schweißnähte deutlich einfacher hergestellt werden können. Weitere Beispiele für das Faserlaserschweißen von dicken Metallen sind das Schweißen von Getriebekomponenten und Tiefschweißen von dickwandigen Stahlbauteilen und Pipelines.  

 

Laserschweißen ist oft die ideale Lösung zum Fügen von Metallen, die eine relativ hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, einen geringen Wärmeeintrag, eine kleine 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 Laserschweißanwendungen, vom Keyholeschweißen 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 Feinbleche 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, da sie den Arbeitsbereich deutlich vergrößert. Beispielsweise können mit Faserlasern ausgestattete Remote-Schweißstationen komplette Türverkleidungen schweißen. In Kombination mit Robotern können an einer ganzen Fahrzeugkarosserie Überlapp- oder Liniennähte hergestellt werden. Ein weiteres Beispiel ist das gasdichte Verschweißen von Akkupacks und Druckdichtungen.

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. Bei typischen Punktschweißanwendungen kann eine direkte optische Übertragung zum Schweißen medizinischer Geräte wie Herzschrittmachern genutzt werden. Strahlführungssysteme auf Grundlage von Galvanometern können zum Hochgeschwindigkeits-Punktschweißen von Mobiltelefon- und Tabletgehäusen, Rasierklingen oder Komponenten im Fahrzeugmotorraum verwendet werden.

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