Laserschweißen

Was bedeutet Laserschweißen?

Laserschweißen bezeichnet ein Schweißverfahren, bei dem gebündelte Laserstrahlung Werkstücke durch Aufschmelzen fügt. Der Laserstrahl erzeugt hohe Energiedichten auf kleiner Fläche, wodurch das Material lokal schmilzt und nach dem Erstarren eine stoffschlüssige Verbindung bildet. Das Verfahren eignet sich für Metalle, Kunststoffe und Keramiken.

Man unterscheidet zwei Hauptvarianten: Beim Wärmeleitungsschweißen schmilzt der Laser die Werkstückoberfläche ohne Dampfkapillare. Beim Tiefschweißen (Keyhole-Schweißen) verdampft Material und bildet einen Dampfkanal, der den Laserstrahl tief ins Werkstück leitet. Dadurch entstehen schmale Nähte mit hohem Verhältnis von Einschweißtiefe zu Nahtbreite.

Wie funktioniert Laserschweißen?

Ein Festkörper-, Faser- oder CO₂-Laser erzeugt einen kohärenten Lichtstrahl. Optische Systeme fokussieren diesen typischerweise auf Durchmesser zwischen 0,1 und 1 Millimeter, je nach Anwendung. Beim Tiefschweißen erreicht die Energiedichte Werte über 1 Megawatt pro Quadratzentimeter, beim Wärmeleitungsschweißen liegt sie typischerweise im Bereich von 10 bis 100 Kilowatt pro Quadratzentimeter.

Die eingebrachte Energie berechnet sich aus Laserleistung und Schweißgeschwindigkeit. Die Streckenenergie E in Joule pro Millimeter ergibt sich aus: Laserleistung in Watt geteilt durch Schweißgeschwindigkeit in Millimeter pro Sekunde.

Rechenbeispiel: Bei 3000 Watt Laserleistung und 50 Millimeter pro Sekunde Schweißgeschwindigkeit beträgt die Streckenenergie 60 Joule pro Millimeter. Höhere Streckenenergie erhöht die Einschweißtiefe, kann aber zu Verzug führen.

Praxisbeispiel aus der Industrie

Ein Automobilzulieferer schweißt Getriebegehäuse aus Aluminiumlegierungen. Mit einem 6-Kilowatt-Faserlaser entstehen 4 Millimeter tiefe Nähte bei 2 Meter pro Minute Vorschub. Der geringe Wärmeeintrag reduziert Verzug auf unter 0,2 Millimeter. Die Taktzeit sinkt in diesem Fall gegenüber WIG-Schweißen um 70 Prozent.

Ein Medizintechnikhersteller fügt Edelstahlkomponenten für Implantate. Der fokussierte Strahl erzeugt 0,3 Millimeter schmale Nähte ohne Zusatzwerkstoff. Die berührungslose Bearbeitung verhindert Kontamination.

Abgrenzung

Laserschweißen unterscheidet sich vom Elektronenstrahlschweißen durch die Bearbeitung bei Atmosphärendruck statt im Vakuum. Gegenüber Lichtbogenschweißverfahren wie MIG oder WIG ermöglicht es höhere Schweißgeschwindigkeiten und geringeren Verzug durch kleinere Wärmeeinflusszone.

Laserlöten arbeitet unterhalb der Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs und nutzt nur den Zusatzwerkstoff zur Verbindung.

Normen und Rechtsgrundlagen

DIN EN ISO 4063 klassifiziert Laserschweißen unter den Schweißprozessen. DIN EN ISO 13919 legt Bewertungsgruppen für Unregelmäßigkeiten an laserstrahlgeschweißten Verbindungen fest. DIN EN ISO 11553-1 und -2 regeln die Qualifikation und Prüfung von Bedienern von Laseranlagen.

Bei Laserklasse 4 (typisch für industrielle Schweißlaser) sind gemäß DIN EN 60825-1 und den Anforderungen der Maschinenrichtlinie vollständige Kapselung oder Schutzeinrichtungen gegen Laserstrahlung erforderlich.