Aluminium, Edelstahl und andere Metalle mit Laser schweißen

Das beim Schweißen gerade in der heutigen Zeit verschiedene Techniken für die unterschiedlichen Bereiche zum Einsatz kommen, dürfte heute den meisten Menschen durchaus eine bekannte Tatsache sein. Doch das Wissen geht meist leider nicht weiter, auch wenn es sich prinzipiell um ein sehr interessantes und vor allem spannendes Fachgebiet handelt.

Eine besondere Rolle nimmt hierbei das Laserschweißen ein, welches in seiner ursprünglichen Bezeichnung eigentlich als sogenanntes Laserstrahlschweißen tituliert wurde. Die moderne und leistungsstarke Technik findet in der Industrie vermehrt Anklang und erfreut sich auch aufgrund zahlreicher Vorteile steigender Beliebtheit. Welche Vorteile dies sind, soll im Folgenden erläutert werden.

Wie funktioniert das Laserschweißen?

Das Prinzip hinter dieser Technik ist generell alles andere als kompliziert. Durch eine Konzentration der Laserstrahlung mittels spezieller Optik wird eine besonders hohe Energiedichte erzielt. Der wichtige Brennfleck, welcher beim eigentlichen Schweißen eine signifikante Rolle einnimmt, ist bei dieser speziellen Technik lediglich wenige Millimeter „dick“.

Die Laserleistung wird auf der Werkstückoberfläche sehr schnell absorbiert, dementsprechend entstehen hier sehr schnell sehr hohe Temperaturen. Diese liegen deutlich über dem benötigten Schmelzpunkt von Metall und sorgen hierdurch für eine sogenannte Schmelze.

Nach erfolgreichem Verschweißen kühlt das verwendete Material innerhalb kurzer Zeit deutlich ab. Die Folge: Die Schweißnaht verliert in der Regel zügig an Zähigkeit und wird schnell wieder sehr hart. Die glatten und sauberen Schweißkanten erreicht der Schweißer durch ein ständiges Umspülen der Nähte mit hochreinem Argon. Eine störende Oxidation verhindert dieses effektiv, da dieses durch die deutlich höhere Schwere im Vergleich zur Luft den Sauerstoff verdrängt.

In welchen Bereichen kommt die Technik zum Einsatz?

Generell ist das Laserschweißen nicht nur sehr beliebt, sondern auch für eine Vielzahl unterschiedlicher Einsatzbereiche und Materialien die richtige Wahl. So wird das Schweißen gerne bei Materialien angewandt, die auf eine hohe thermische Belastung ungewünscht reagieren.

Gerade dieser Aspekt ist beispielsweise beim Fügen von Komponenten sehr wichtig, welche hierdurch zu Fertigbauteilen werden. Auch in Bereichen oder Umgebungen, in denen generell schwierige Bedingungen zum Schweißen herrschen, ist das Laserschweißen häufig die erste Wahl. Und nicht zuletzt bietet das Schweißen mittels Laser auch eine deutlich erhöhte Sicherheit und mehr Präzision. Denn eine Verwendung der Technik ist heute auch über eine größere Distanz vollkommen ohne Probleme möglich. Bis zu 500 Millimeter Abstand sind realistisch, die genauen Werte sind jedoch unter anderem auch von der Umgebung und der verwendeten Technik abhängig.

Im Übrigen eignet sich das Laserschweißen zur Herstellung der unterschiedlichsten Naht Geometrien. Die klassischen Varianten wie Stumpf- oder Überkappnähte sind ebenso kein Problem wie Kehlnähte. Die einzige Schwäche zeigt das Laserschweißen in Bezug auf die hohen Anlagekosten, welche die Technik nicht immer rentabel gestalten. Wenn dies gewünscht wird, ist mittels Lasertechnik sogar ein Durchschweißen möglich, was generell nicht bei allen Techniken möglich ist. Hierbei erfolgt dann in der Regel eine Bearbeitung des Materials von beiden Seiten, wobei anfänglich eine Schweißtiefe von 60 Prozent der Gesamtdicke von der einen Seite und die restliche Tiefe von der anderen Seite umgesetzt wird.

Welche Technik und Ausrüstung ist für den Einsatz nötig?

Natürlich funktioniert das Laserschweißen nur mit der richtigen Ausrüstung und der passenden Technik vernünftig. Die sogenannte Laserschweißanlage ist vom Aufbau her allerdings deutlich weniger kompliziert, als dies gerade von technischen Laien angenommen wird. Insgesamt besteht eine entsprechende Anlage aus drei wesentlichen Bauteilen, nämlich aus dem klassischen Laser als Energiequelle, der Bewegungseinheit und einem optischen System, welche die Führung des Laserstrahls auf den Millimeter genau übernimmt. Abschließendes Element am optischen System sitzt die bereits beschriebene Optik, welche zur Bearbeitung und Fokussierung beim Laserschweißen eingesetzt wird.

Je nach genutzter Anlage gibt es verschiedene Techniken und Möglichkeiten, wie das eigentliche Schweißen durchgeführt werden kann. So gibt es beispielsweise sowohl Modelle, bei welchen der Laserstrahl wie auch das eigentliche Werkstück bewegt wird, um die entsprechenden Schweißarbeiten durchzuführen. Alternativ ist auch eine Variante möglich, bei welcher sowohl das Werkstück wie auch der eigentliche Laser bewegt werden, allerdings sind diese heute sehr selten im eigentlichen Einsatz.

Weitere Unterschiede gibt es bei der verwendeten Lasertechnik. Um die benötigte hohe Energiedichte und Leistung zu realisieren, kamen in den vergangenen Jahren vermehrt zwei Techniken zum Einsatz, nämlich auf der einen Seite der Nd:YAG-Laser sowie der Kohlendioxidlaser. Deutlich an Beliebtheit und Akzeptanz konnte zudem in der letzten Zeit der Diodenlaser gewinnen, welcher aufgrund technischer Fortschritte und einer schnellen Weiterentwicklung den bisher genutzten Varianten deutlich voraus ist. Die Vorteile liegen hier mehr im Detail, denn der Wirkungsgrad ist bei einem verwendeten Diodenlaser gerade im Vergleich zu den bisher verwendeten Techniken deutlich höher.

Die beliebten Roboter können natürlich auch mit der Laserschweißtechnik umgehen. Dies ist in den Zeiten der zunehmenden Automatisierung ein sehr wichtiger Aspekt und für die Akzeptanz bzw. Verbreitung der Technik tatsächlich von sehr großem Vorteil. Denn immer mehr Bereiche der Industrie und Produktion setzen auf automatische Schweißarbeiten, um Kosten zu senken und Zeit zu sparen. Zudem sorgt ein moderner Industrieroboter auch beim Laserschweißen für sehr saubere Ergebnisse, wie diese von Menschen nicht erzielt werden können.