Laserschweißgerät

Was ist ein Laserschweißgerät?

Ein Laserschweißgerät ist eine Art Lasermaschine, die zum Schweißen und Schneiden von Metall verwendet wird.

Der Laserstrahl bringt Energie in das Werkstück ein, schmilzt es in sehr kurzer Zeit auf und härtet schnell aus, so dass es nach dem Schweißen weniger Verformungen gibt. Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren zeichnet sich das Verfahren auch durch seine hohe Geschwindigkeit aus. Auch die Wellenlänge, die Energiedichte und der Strahlfleckdurchmesser des Lasers können für die Mikrofertigung angepasst werden.

Als Oszillatoren in Laserschweißgeräten werden YAG-, CO2- und Faserlaser eingesetzt, in den letzten Jahren jedoch häufig auch Scheiben- und Halbleiterlaser. Mit dieser Technologie lassen sich sehr empfindliche, wärmebeeinflusste Bauteile und Titan schweißen, das anfällig für hitzebedingte Oxidation ist.

Anwendungen von Laserschweißgeräten

Laserschweißen kann für Materialien aller Größenordnungen eingesetzt werden, von großen Objekten wie Autokarosserien und -rahmen bis hin zu relativ kleinen Objekten wie Gussformen und mikrogefertigten elektronischen Komponenten. Es gibt auch eine Vielzahl von Bearbeitungstechniken, darunter das Schweißen von Metallen wie Edelstahl, Aluminium und Kupfer, Feinbearbeitungen wie das Punktschweißen von elektronischen Bauteilen und das Nahtschweißen für hohe Luftdichtheit.

Funktionsweise von Laserschweißgeräten

Laserschweißgeräte bestehen im Wesentlichen aus einem Laseroszillator, Lichtweg, Fokussieroptik, Antriebssystem und Schutzgassystem. Der vom Oszillator emittierte Laserstrahl wird über Spiegel, Lichtleiter und andere optische Wege zur Fokussieroptik geleitet. Das Licht wird dann von der Fokussieroptik auf einen geeigneten Punktdurchmesser eingeengt und vom Kopf aus bestrahlt.

Argon, Helium oder Stickstoff wird als Hilfsgas versprüht, um Oxidation oder Plasma im bestrahlten Bereich zu verhindern. Dies ist das Schutzgassystem.
Darüber hinaus werden die Vorrichtungen und Positioniertische, die das zu bearbeitende Material fixieren, als Antriebssystem bezeichnet.

Die Bearbeitungsverfahren lassen sich auch in Wärmeleitungs- und Tiefschweißverfahren unterteilen. Bei der Wärmeleitung wird das auf das Werkstück eingestrahlte Licht zu Wärme, die die Oberfläche aufschmilzt und dann abgekühlt und verfestigt wird. Im Gegensatz dazu wird beim Tiefschweißen mit einer hohen Energiedichte bestrahlt. Im Vergleich zur Wärmeübertragung ermöglicht diese Methode eine Bearbeitung mit größerer Tiefe.

Darüber hinaus hat jeder zum Laserschweißen verwendete Laser seine eigenen Eigenschaften und die Wellenlänge und Ausgangsleistung werden entsprechend dem Material und dem Bearbeitungsverfahren ausgewählt.

1. CO2-Laser

Die Oszillation von kontinuierlichen Wellen (CW, Continuous Waves) mit hoher Leistung ist möglich. Die Wellenlänge beträgt 10,6 µm, das längste Wellenlängenband unter den üblicherweise verwendeten Lasern.

2. YAG-Laser

YAG-Laser sind zwar nicht so leistungsfähig wie CO2-Laser, können aber durch Glasfasern übertragen werden. Mit einer Wellenlänge von 1,06 µm (1063 nm) ist er kürzer als der CO2-Laser und absorbiert daher mehr vom Material.

3. Faserlaser

Mit einem großen Leistungsbereich und der Übertragung durch Lichtwellenleiter kann die Maschine kompakt gestaltet werden.

Weitere Informationen zu Laserschweißgeräten

1. Vorteile von Laserschweißgeräten

Sehr hohe thermische Energie kann in minimalem Umfang auf die Schweißnaht übertragen werden, was zu vernachlässigbaren Energieverlusten führt. Außerdem wird die durch die Hitze verursachte Verformung der Schweißnaht minimiert und es können Schweißnähte mit tiefem und starkem Einbrand hergestellt werden.

Zu den weiteren Vorteilen gehören folgende:

• Die einfache Computersteuerung ermöglicht die Automatisierung des Schweißvorgangs mit einem Roboterarm.
• Der Roboterarm hat einen hohen Freiheitsgrad und kann an jeder beliebigen Stelle schweißen.
• Das Schweißen kann in Linien statt in Punkten erfolgen, was die Festigkeit erhöht und den Bedarf an Verstärkungselementen eliminiert, wodurch das Gewicht reduziert wird.
• Das Schweißen kann an der Luft erfolgen, ohne dass ein Vakuum wie beim Elektronenstrahlschweißen erforderlich ist.

2. Laserschweißen mit Tailored Blanks

Tailored Blanks sind ein Verfahren, bei dem das Material vor dem Pressformen zunächst geschweißt wird. Es wird für Bauteile wie Karosserien und Rahmen verwendet, die eine Reihe von Anforderungen erfüllen müssen wie z. B. geringes Gewicht bei gleichzeitiger Festigkeit und Haltbarkeit.

Der größte Vorteil von Tailored Blanks ist, dass verschiedene Werkstoffe kombiniert werden können. Kostenvorteile und Gewichtseinsparungen lassen sich dadurch erzielen, dass harte Werkstoffe, so genannte hochfeste Werkstoffe, nur dort verwendet werden, wo es notwendig ist und weiche Werkstoffe in Bereichen, in denen keine Festigkeit erforderlich ist. Es ist auch möglich, verschiedene Werkstoffe und Blechdicken zu kombinieren.

Tailored Blanks haben jedoch den Nachteil, dass die Verbindungen extrem spröde sind, was durch Laserschweißen ausgeglichen wird. Das Laserschweißen führt zu einem geringen Materialabtrag in der Schweißzone und diese erfährt durch die Hitze einen Abschreckungseffekt.

3. Sicherheitsmaßnahmen bei der Verwendung von Laserschweißgeräten

Laserlicht ist ein spezielles, künstliches Licht, das sichtbar oder unsichtbar sein kann. Aufgrund seiner höheren Leistung und Dichte im Vergleich zu natürlichem Licht ist es wahrscheinlicher, dass es Augen- und Hautschäden verursacht.

Zu den wirksamen Sicherheitsmaßnahmen gehören die Schaffung einer Umgebung, in der der Laserstrahl nicht ins Freie gelangt sowie das Tragen von Schutzbrillen und Schutzkleidung.