Was ist Laserstrahlschweißen und wie funktioniert es?

Laserstrahlschweißen ist ein hochenergetisches Schmelzschweißverfahren, das eingesetzt wird, wenn Bauteile schmale Schweißnähte, geringen Verzug, hohe Geschwindigkeit und stabile Wiederholgenauigkeit erfordern. Dabei wird ein Laserstrahl auf einen kleinen Fügebereich fokussiert, das Material lokal aufgeschmolzen und beim Erstarren des Schmelzbades eine Schweißnaht gebildet.

Im Vergleich zum Lichtbogenschweißen bietet das Laserschweißen eine bessere Wärmekontrolle und eine kleinere Wärmeeinflusszone. Es findet breite Anwendung bei Blechbearbeitung, Gehäusen, Automobilteilen, Batteriekomponenten, Präzisionsgehäusen und in der industriellen Fertigung. Für die Serienfertigung hängt das Ergebnis von Material, Dicke, Nahtgestaltung, Passgenauigkeit, Schutzgas und Maschinenstabilität ab.

Was ist Laserstrahlschweißen??

Ein hochpräzises Fusionsschweißverfahren

Was ist Laserstrahlschweißen ? Es handelt sich um ein Schweißverfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl als Wärmequelle dient. Der Strahl wird auf die Fügestelle gerichtet. Das Grundmaterial schmilzt in einem kleinen Bereich. Das geschmolzene Metall kühlt anschließend ab und bildet eine feste Verbindung.

Dieses Verfahren wird auch Laserstrahlschweißen (LBW) genannt . Es kann mit oder ohne Zusatzdraht angewendet werden. Autogenes Schweißen, also Schweißen ohne Zusatzwerkstoff, ist üblich, wenn die Teile passgenau sind und das Material geeignet ist. Zusatzdraht wird verwendet, wenn der Spalt größer ist, die Schweißnaht verstärkt werden muss oder das Material rissanfällig ist.

Der größte Unterschied zum MIG- oder WIG-Schweißen liegt in der Wärmekonzentration. Beim Laserschweißen wird die Energie auf einen kleinen Bereich konzentriert. Dadurch werden Wärmeausbreitung, Verzug und Nachbearbeitung reduziert.

Laserschweißen vs. Laserstrahlschweißen

Die Begriffe „ Laserschweißen “ und „ Laserstrahlschweißen “ werden oft synonym verwendet.

Der Begriff „Laserstrahlschweißen“ ist technischer. Er hebt den fokussierten Strahl als Wärmequelle hervor. „Laserschweißen“ ist auf Maschinenseiten, Anwendungsbeschreibungen und in Workshop-Diskussionen gebräuchlicher.

Für Käufer ist nicht der Wortlaut entscheidend. Die eigentliche Frage ist, ob das Verfahren die Anforderungen an Schweißnahtfestigkeit, Aussehen, Geschwindigkeit und Produktionsstabilität erfüllt.

Wie funktioniert das Laserstrahlschweißen??

Wie ein Laser konzentrierte Hitze erzeugt

Um zu verstehen, wie ein Laser funktioniert , konzentrieren Sie sich auf drei Merkmale: Richtung, Fokus und Energiedichte.

Ein Laser erzeugt einen Strahl, der mithilfe von Optiken oder Glasfasern geführt und fokussiert werden kann. Wird der Strahl auf einen kleinen Punkt fokussiert, ist die Leistungsdichte hoch. Diese konzentrierte Energie erhitzt das Metall schnell.

Je kleiner der effektive Fokusdurchmesser, desto höher die Energiedichte. Eine höhere Energiedichte ermöglicht tieferen Einbrand, schnelleres Aufschmelzen und eine schmalere Schweißnaht. Sie erfordert jedoch auch eine präzisere Steuerung. Unzureichender Fokus kann zu schwachem Einbrand, Spritzern oder Durchbrennen führen.

Vom fokussierten Strahl zum Schmelzbad

Wie funktioniert das Laserschweißen an der Schweißnaht? Der fokussierte Strahl trifft auf die Metalloberfläche. Das Material absorbiert einen Teil der Laserenergie. Die Oberflächentemperatur steigt rapide an. Das Metall schmilzt. Während sich der Strahl vorwärts bewegt, fließt geschmolzenes Metall hinter ihm her und erstarrt.

Dies beantwortet auch die Frage , wie Laserschweißen in der Praxis funktioniert. Eine stabile Schweißnaht erfordert das richtige Verhältnis von Leistung, Geschwindigkeit, Fokusposition, Schutzgas und Passung der Fügestelle.

Ist die Leistung zu gering, kann die Schweißnaht nicht vollständig durchdringen. Ist die Leistung zu hoch, kann das Werkstück durchbrennen. Ist die Schweißgeschwindigkeit zu hoch, kann die Verschmelzung unvollständig sein. Ist die Schweißgeschwindigkeit zu niedrig, steigt der Wärmeeintrag und der Verzug nimmt zu.

Warum Strahlfokus und Materialabsorption wichtig sind

Die Fokussierung des Strahls steuert die Energiedichte. Die Materialabsorption bestimmt, wie viel Energie in Wärme umgewandelt wird.

Stahl absorbiert Laserenergie in der Regel besser als Aluminium oder Kupfer. Hochreflektierende Materialien erfordern eine strengere Kontrolle. Auch die Oberflächenbeschaffenheit spielt eine Rolle. Öl, Oxide, Beschichtungen, Rost oder ungleichmäßige Oberflächen können die Absorption und die Schweißnahtstabilität beeinträchtigen.

Deshalb sind Prozessprüfungen so wichtig. Ein Parameter, der bei sauberem Edelstahl funktioniert, ist möglicherweise nicht für Aluminium, verzinkten Stahl oder Kupferlegierungen geeignet.

Hauptarten des Laserstrahlschweißverfahrens

Konduktives Schweißen für dünne Werkstoffe

Beim Konduktionsschweißen wird eine moderate Leistungsdichte verwendet. Die Oberfläche schmilzt, und die Wärme fließt durch Wärmeleitung in das Material.

Es erzeugt üblicherweise eine flache und relativ breite Schweißnaht. Es eignet sich für dünne Materialien, kosmetische Schweißnähte, abgedichtete Verbindungen und Teile, die keine tiefe Durchschweißung vertragen.

Typische Anwendungsfälle sind dünne Edelstahlteile, kleine Gehäuse, sichtbare Blechteile und Präzisionsbaugruppen.

Schlüssellochschweißen für tiefe Durchdringung

Schlüssellochschweißen? Dabei wird eine höhere Leistungsdichte genutzt. Im Prinzip erzeugt der Laser ein winziges Dampfloch direkt im geschmolzenen Metall. Durch dieses Loch dringt die Energie tiefer in die Schweißnaht ein.

Das Ergebnis ist eine tiefe und schmale Schweißnaht. Die Wärmeeinflusszone bleibt klein. Das ist ideal für Stumpf-, Überlapp- oder jede andere Konstruktionsschweißung, bei der die Einbrandtiefe entscheidend ist.

Das Tiefschweißen ist zwar effizient – ​​keine Frage. Aber es ist auch weniger fehlertolerant. Wenn das Tiefschweißen instabil wird, gibt es Probleme: Porosität, Spritzer, unvollständige Füllung, ungleichmäßiger Einbrand. Deshalb muss man der Nahtvorbereitung und der Parameterkontrolle wirklich höchste Aufmerksamkeit schenken. Diese beiden Punkte sind entscheidend.

Kontinuierliches und gepulstes Laserschweißen

Beim Laserstrahlschweißen kann ein kontinuierlicher oder ein gepulster Lichtstrom verwendet werden.

Beim kontinuierlichen Laserschweißen wird ein gleichmäßiger Strahl verwendet. Es eignet sich für lange Schweißnähte, hohe Schweißgeschwindigkeiten, industrielle Fertigung und automatisiertes Schweißen.

Beim Impulsschweißen werden kurze Energieimpulse verwendet. Es eignet sich für kleine Teile, wärmeempfindliche Materialien, dünne Bauteile und präzises Punkt- oder Nahtschweißen.

In der modernen Metallverarbeitung sind kontinuierliche Faserlasersysteme weit verbreitet, da sie eine hohe Effizienz, eine stabile Ausgangsleistung und eine einfachere Integration in handgeführte oder automatisierte Anlagen bieten.

Vorteile des Laserstrahlschweißens

Kleine Wärmeeinflusszone und geringe Verformung

Ein wesentlicher Vorteil ist die geringe Wärmeeinflusszone. Der Laser gibt die Wärme nur dort ab, wo sie benötigt wird.

Dadurch wird thermischer Verzug reduziert. Auch das Richten, Schleifen und die Nachbearbeitung nach dem Schweißen werden dadurch weniger. Dies ist besonders wichtig für dünne Bleche, Edelstahlgehäuse, Aluminiumkonstruktionen und Präzisionsgehäuse.

Bei sichtbaren Teilen verbessert eine geringere Verzerrung auch das Erscheinungsbild und die Maßgenauigkeit.

Hohe Schweißgeschwindigkeit und einfache Automatisierung

Laserschweißen ist schnell. Es ermöglicht durchgehende Schweißnähte und wiederholbare Produktion.

Es lässt sich problemlos in CNC-Systeme, Roboter, Vorrichtungen und Produktionslinien integrieren. Daher findet es gängige Anwendung in der Automobil-, Batterie-, Elektronik- und Präzisionsfertigung.

Geschwindigkeit bedeutet nicht nur eine höhere Schweißgeschwindigkeit. Sie reduziert auch den nachfolgenden Arbeitsaufwand. Weniger Schleifen und Nacharbeiten sind oft wichtiger als die Schweißzeit selbst.

Saubere Schweißnähte mit weniger Nachbearbeitung

Laserschweißnähte sind schmal und sauber, wenn der Prozess stabil verläuft. Die Schweißnaht ist in der Regel kleiner als bei MIG- oder WIG-Schweißungen.

Dadurch können Polier-, Schleif- und Oberflächenbearbeitungsarbeiten reduziert werden. Dies ist besonders nützlich für Schränke, Küchengeräte, Metallgehäuse, Werbebuchstaben und Produkte, bei denen die Schweißnaht sichtbar ist.

Dies sind die wichtigsten Vorteile des Laserschweißens für Hersteller, die den Arbeitsaufwand reduzieren und die Konsistenz verbessern wollen.

Hohe Präzision für kleine und komplexe Teile

Präzisionslaserschweißen eignet sich für kleine Bauteile und komplexe Strukturen. Es ermöglicht eine kontrollierte Wärmezufuhr in der Nähe empfindlicher Bereiche.

Typische Bauteile sind Batteriekontakte, Sensorgehäuse, dünne Halterungen, Elektronikgehäuse, medizinische Komponenten und kleine Baugruppen aus Edelstahl oder Aluminium.

Die Hauptvorteile des Laserstrahlschweißens kommen am deutlichsten zum Tragen, wenn das Bauteil einen geringen Wärmeeintrag, ein stabiles Erscheinungsbild und eine wiederholbare Schweißqualität erfordert.

Nachteile des Laserstrahlschweißens

Höhere anfängliche Ausrüstungskosten

Laserschweißanlagen sind teurer als herkömmliche MIG- oder WIG-Schweißgeräte. Das System kann eine Laserquelle, Optik, Kühlung, Schweißpistole, Drahtvorschubgerät, Steuerungssystem, Sicherheitseinrichtungen und Ersatzlinsen umfassen.

Die höheren Anschaffungskosten sollten gegen die Produktionseinsparungen abgewogen werden. Schnelleres Schweißen, geringere Verformung, weniger Nachbearbeitungsschritte und ein geringerer Aufwand für die Endbearbeitung können die gesamten Fertigungskosten senken.

Für gelegentliche Schweißarbeiten in geringen Stückzahlen können traditionelle Verfahren nach wie vor wirtschaftlicher sein. Bei Serienfertigung oder sichtbaren Blechteilen kann Laserschweißen kostengünstiger sein.

Strenge Anforderungen an die Gelenkpassung

Das Laserschweißen reagiert empfindlich auf Spaltmaße und Ungenauigkeiten. Der Strahl ist schmal. Ist der Fügespalt zu groß, kann der Strahl die Verbindung möglicherweise nicht richtig überbrücken.

Unzureichende Passung kann zu mangelnder Verschmelzung, Hinterschneidungen, Durchbrennen oder ungleichmäßiger Schweißnaht führen. Deshalb sind die Schnittgenauigkeit, die Vorrichtungskonstruktion und die Klemmung so wichtig.

Beim Handschweißen sind gewisse Abweichungen bei den Einstellungen für die Schweißnahtverstellung und dem Schweißdraht verzeihbar. Automatisierte Schweißverfahren erfordern hingegen eine höhere Gleichmäßigkeit der Schweißnaht.

Lasersicherheit, Rauch- und Reflexionsrisiken

Die Vor- und Nachteile des Laserstrahlschweißens müssen gemeinsam betrachtet werden. Laserschweißen ist effizient, erfordert aber strenge Sicherheitsvorkehrungen.

Die Bediener benötigen geeignete Laserschutzbrillen, geschützte Arbeitsbereiche, Schulungen und die Kontrolle reflektierter Strahlen. Auch die Absaugung von Schweißrauch ist wichtig, insbesondere beim Schweißen von beschichteten Metallen, verzinktem Stahl, Edelstahl, Aluminium oder lackierten Teilen.

Reflexionen stellen ein ernstzunehmendes Problem dar. Glänzende oder gekrümmte Oberflächen können Laserenergie umlenken. Arbeitsplatzgestaltung und Bedienerschulung dürfen daher nicht vernachlässigt werden.

Herausforderungen mit reflektierenden Materialien

Aluminium-, Kupfer-, Messing- und Magnesiumlegierungen sind schwieriger zu bearbeiten als Kohlenstoffstahl. Sie reflektieren mehr Laserenergie und leiten Wärme schnell.

Für diese Werkstoffe sind eine stabile Leistung und korrekte Einstellungen unerlässlich. Oberflächenreinigung, Fokusposition, Schutzgas, Schweißdraht und Vorschubgeschwindigkeit müssen geprüft werden.

Eine Maschine, die Edelstahl gut schweißt, muss möglicherweise für Aluminium oder Kupfer noch angepasst werden.

Anwendungen im Laserstrahlschweißen

Automobil- und Transportkomponenten

Anwendungsgebiete des Laserstrahlschweißens sind unter anderem Automobilstrukturen, Getriebeteile, Abgasanlagenteile, Halterungen, Sitzkomponenten, Batterieträger und EV-Batteriebaugruppen.

In der Automobilproduktion sind Geschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit entscheidend. Laserschweißen ermöglicht schmale Schweißnähte, hohen Durchsatz und geringere Wärmeverformung. Es eignet sich zudem hervorragend für Automatisierung und Vorrichtungen.

Elektronik, Batterien und Präzisionsteile

Laserschweißen findet breite Anwendung in der Elektronikindustrie, bei Batterien, Sensoren und kleinen Metallteilen. Diese Teile erfordern häufig kontrollierte Hitze und saubere Schweißnähte.

Gängige Beispiele hierfür sind Batterieanschlüsse, Stromschienen, Sensorgehäuse, dünne Metallgehäuse und kleine Gehäuse. In diesen Anwendungen kann übermäßige Hitze benachbarte Bauteile beschädigen oder deren Geometrie verändern.

Blechbearbeitung, Schränke und industrielle Fertigung

Zu den gängigen Anwendungsbereichen des Laserschweißens gehören auch Edelstahlschränke, Küchengeräte, Aufzugsverkleidungen, Metallgehäuse, Werbebuchstaben, Türrahmen und präzise Blechbaugruppen.

Bei diesen Produkten ist das Erscheinungsbild der Schweißnaht von Bedeutung. Laserschweißen kann den Schleifaufwand reduzieren und die Oberflächenqualität verbessern, sofern die Schweißnaht sauber und die Einstellungen korrekt sind.

Laserstrahlschweißen im Vergleich zu anderen Schweißverfahren

Laserschweißen im Vergleich zu MIG- und WIG-Schweißen

MIG ist produktiv und eignet sich gut für viele dickere Bauteile. Es ist außerdem toleranter gegenüber Fugenspalten. WIG ermöglicht eine präzise Steuerung und saubere Schweißnähte, ist aber langsamer und stärker vom Bediener abhängig.

Laserschweißen ist schneller und erzeugt weniger Wärme. Es eignet sich besser für dünne Bleche, Präzisionsbaugruppen, verzugsarme Bauteile und sichtbare Schweißnähte.

Die Festigkeit hängt von der Anwendung ab. Laserschweißen kann zwar feste Schweißnähte erzeugen, ist aber nicht automatisch fester als MIG- oder WIG-Schweißen. Die Schweißnahtfestigkeit hängt von der Einbrandtiefe, der Nahtgestaltung, dem Werkstoff, dem Schweißzusatzwerkstoff und der Prozessvalidierung ab.

Laserstrahlschweißen vs. Elektronenstrahlschweißen

Beim Laserstrahlschweißen im Vergleich zum Elektronenstrahlschweißen geht es hauptsächlich um Umwelteinflüsse, Kosten und Integration.

Das Elektronenstrahlschweißen ermöglicht tiefe und präzise Schweißnähte. Es erfordert häufig eine Vakuumkammer. Dies begrenzt die Bauteilgröße und erhöht die Prozesskomplexität.

Laserschweißen benötigt üblicherweise kein Vakuum. Es lässt sich leichter in Produktionslinien, Roboter und Handgeräte integrieren und ist für viele industrielle Fertigungsumgebungen praktischer.

Laserschneiden und Schweißen in einem Arbeitsablauf

Viele Fabriken kombinieren Laserschneiden und -schweißen im selben Produktionsprozess. Beim Laserschneiden werden präzise Teileprofile erzeugt. Anschließend werden die Teile per Laserschweißen verbunden.

Dieser Arbeitsablauf kann die Effizienz steigern. Ein sauberer Schnitt garantiert jedoch keine gute Schweißnaht. Die Schnittkante muss weiterhin präzise angepasst und gereinigt werden. Grate, Oxide, Öl, Beschichtungen und eine mangelhafte Kantenqualität können die Schweißnahtqualität nach wie vor beeinträchtigen.

Die richtige Laserstrahlschweißmaschine auswählen

Wichtige Merkmale, die Sie vor dem Kauf prüfen sollten

Bei der Auswahl eines industriellen Laserschweißgeräts sollte man sich nicht allein auf die Wattzahl verlassen. Die Schweißleistung hängt vom Gesamtsystem ab.

Eine gute Laserstrahlschweißmaschine sollte anhand folgender Kriterien beurteilt werden:

• Stabilität der Laserleistung
• Real nutzbarer Leistungsbereich
• Strahlqualität
• Kühlverfahren
• Wackelschweißfähigkeit
• Drahtzuführungsstabilität
• Schutzgasdesign
• Fokuseinstellung
• Ergonomie von Schusswaffen
• Sicherheitskonfiguration
• Verfügbarkeit von Ersatzteilen
• Service-Unterstützung

Ein Laserstrahlschweißgerät muss zum jeweiligen Werkstück passen. Dünner Edelstahl, Aluminiumgehäuse, Kohlenstoffstahlrahmen, Kupferteile und Batteriekontakte erfordern unterschiedliche Einstellungen und Zubehörteile.

Faserlaserschweißen ist in der modernen Metallverarbeitung weit verbreitet, da es hohe Effizienz, einen stabilen Laserstrahl und eine einfache Maschinenintegration bietet. Handlaserschweißgeräte eignen sich für die Kleinserienfertigung, Reparaturen, flexible Werkstätten und Produktionslinien mit vielen verschiedenen Bauteilen.

Eine Laserschweißanlage mit maximal 1500 W Leistung kann für einige Anwendungen mit dünnen und mitteldünnen Metallen geeignet sein. Die Leistung allein bestimmt jedoch nicht die Leistungsfähigkeit. Materialstärke, Nahttyp, erforderliche Einbrandtiefe, Schweißdraht, Schweißgeschwindigkeit und Gasschutz beeinflussen das Endergebnis.

Lieferantenunterstützung und Prozessprüfung

Beim Vergleich von Herstellern von Laserschweißmaschinen sollten Sie nicht nur den Maschinenpreis, sondern auch deren Prozessunterstützung berücksichtigen.

Ein guter Lieferant sollte bei Probenprüfungen, Parameterberatung, Schulungen, Ersatzteilen und der Fehlerbehebung unterstützen. Dies ist wichtig beim Schweißen von Aluminium, Kupfer, dünnen Blechen oder Teilen mit strengen optischen Anforderungen.

Wenn Sie sich für ein chinesisches Laserschweißgerät entscheiden , vergewissern Sie sich, dass der Lieferant über echte Schweißerfahrung verfügt und nicht nur über Verkaufsmaterialien.

Dynalasers konzentriert sich auf praxisorientierte, luftgekühlte Handlaserschweißsysteme für den Werkstatteinsatz. Kunden, die sich bezüglich Leistung, Materialstärke oder Schweißverfahren unsicher sind, können von Dynalasers eine Anwendungsanalyse erhalten und vor Produktionsbeginn eine passende Konfiguration empfehlen lassen.

Häufig gestellte Fragen zum Laserstrahlschweißen

Ist das Laserschweißen so stark wie MIG?

Das kann sein, hängt aber von der Verbindung ab. Laserschweißen kann starke Schweißnähte erzeugen, wenn Einbrand, Passung, Material und Parameter stimmen. MIG-Schweißen ist oft toleranter gegenüber größeren Spalten und dickeren Bauteilen. Laserschweißen eignet sich in der Regel besser für verzugsarme, schnelle, saubere und präzise Bauteile.

Wozu wird Laserstrahlschweißen verwendet?

Es findet Anwendung bei Automobilteilen, Batteriekomponenten, Elektronik, Sensoren, Blechgehäusen, Küchengeräten, Metallgehäusen, Werbebuchstaben, Präzisionshalterungen und industriellen Baugruppen. Besonders geeignet ist es, wenn die Schweißnaht schmal, sauber, schnell und wiederholgenau sein muss.

Wie dick kann Stahl mit einem Laserschweißgerät geschweißt werden?

Es hängt von der Laserleistung, der Stahlsorte, der Nahtgestaltung, der Schweißgeschwindigkeit, dem Schweißdraht und dem erforderlichen Einbrand ab. Handlaserschweißgeräte werden häufig für dünnen und mitteldünnen Stahl eingesetzt. Dicker Stahl erfordert unter Umständen höhere Leistung, Nahtvorbereitung, geringere Schweißgeschwindigkeit oder Mehrlagenschweißen. Dynalasers unterstützt Sie bei der Ermittlung der geeigneten Maschinenkonfiguration basierend auf der Stahldicke und der Anwendung.

Wie teuer ist Laserschweißen?

Die Anschaffungskosten für die Laserausrüstung sind höher als beim MIG- oder WIG-Schweißen. Die Gesamtkosten hängen von der Leistung, der Kühlung, dem Zubehör, der Automatisierung und dem Kundendienst ab. In der Produktion kann das Laserschweißen die Gesamtkosten senken, indem es die Geschwindigkeit erhöht, den Verzug reduziert, die Schleifzeiten verkürzt und Nacharbeiten verringert.

Fazit

Laserstrahlschweißen ist ein praktisches Verfahren für Hersteller, die Wert auf Geschwindigkeit, Präzision, saubere Schweißnähte und geringen Verzug legen. Es eignet sich für Automobilteile, Batterien, Elektronik, Blechbearbeitung, Gehäuse und die industrielle Fertigung. Für gute Ergebnisse sind jedoch mehr Faktoren als nur die Maschinenleistung entscheidend. Material, Dicke, Passgenauigkeit der Fügeverbindung, Fokussierung des Strahls, Schutzgas, Sicherheit und die Unterstützung durch den Lieferanten spielen ebenfalls eine wichtige Rolle.

Bei neuen Werkstoffen oder kritischen Schweißnähten ist die Prüfung von Proben der sicherste Schritt vor der Serienproduktion. Dynalasers bietet sofort einsatzbereite, handgeführte Laserschweißlösungen und unterstützt Kunden bei der Auswahl geeigneter Konfigurationen basierend auf realen Werkstoffen, Materialstärken und Anwendungsanforderungen.