Verbunden per Laser Das Laserschweißen genießt berechtigen Aufschwung in der Welt des Fügens

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Es gibt viele Möglichkeiten, wie man Metallkomponenten miteinander verbinden kann. Man denke nur an das übliche Schweißen. Doch bei Civan Lasers weiß man um die Vorteile, die das Laserschweißen ins Feld führt.

Das Laserschweißen stellt gegenüber den konventionellen auf Lichtbogen basierenden Schweißverfahren, wie zum Beispiel dem Metall-Inertgas-Schweißen (MIG), eine der wichtigsten Alternativen dar, um den Herausforderungen der stetig steigenden Effizienz- und Nachhaltigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Durch den Einsatz fortschrittlicher Strahlformungstechnologie bietet aber das Laserschweißen eine überlegene Präzision, höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten und einen nachhaltigeren Fügeprozess. Im Folgenden wird beschrieben, wie diese Spitzentechnologie die Schweißlandschaft verändert und die Zukunft der industriellen Fertigung vorantreibt.

Herkömmliche Schweißverfahren haben ihre gewissen Nachteile

Seit über 100 Jahren dominieren konventionelle Schweißverfahren – wie eben MIG – und das Unterpulverschweißen die Branche der Metallverarbeitung, wenn es um das Fügen geht. Diese Verfahren sind im Bereich der Dickbleche zwar zuverlässig und bewährt, haben aber auch einige signifikante Nachteile. Denn bei den Lichtbogenschweiß-Prozessen handelt es sich um vergleichsweise langsame Verfahren, die oft mehrere Schweißlagen und -durchgänge mit Haltezeiten, anschließender Reinigung und Prüfung erfordern. Der hohe und diffuse Wärmeeintrag, der die mechanischen Eigenschaften des geschweißten Teils beeinträchtigt und zu Verformungen führt, macht außerdem eine Temperaturüberwachung und eine robuste Aufspannvorrichtungen erforderlich. Darüber hinaus sind diese Verfahren nicht ressourcenschonend, weil sie sehr energieintensiv sind und einen hohen Verbrauch an Zusatzwerkstoffen haben. Nicht zu vergessen ist, dass die Schweißrauchentwicklung beträchtlich ist, die sowohl für das Personal als auch für die Umwelt ein Risiko darstellt.

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Das Laserschweißen punktet auf neuen Anwendungsfeldern

Eine der aufkommenden alternativen Technologien mit dem Potenzial, die konventionellen Schweißverfahren zu ersetzen, ist das Laserschweißen. In den letzten Jahrzehnten wurden Laser aber vorwiegend für Schneidanwendungen eingesetzt und haben sich zur vorherrschenden Technologie für das Schneiden dünner Bleche entwickelt. Das Laserschweißen wird zwar schon seit über 20 Jahren eingesetzt, war aber bisher vor allem auf dünne Bauteile beschränkt, wie sie etwa in der Automobilbranche typisch sind. Der Markt für Elektrofahrzeuge hat aber neue Möglichkeiten eröffnet und Anwendungen mit neuen Materialverbindungen hervorgebracht – etwa das Schweißen von Kupferteilen für Batteriepakete und sogar das Fügen von ungleichen Materialien, wie Aluminium mit Kupfer, die Batteriemodule mit Batteriepaketen verbinden. Trotz dieser Fortschritte bleibt das Laserschweißen aufgrund verschiedener Herausforderungen aber bisher noch ein verhältnismäßig kleiner Teil des Schweißtechnikmarktes vorbehalten.

Die Strahlformung macht das Laserschweißen noch attraktiver

Das Laserschweißen ist ein anspruchsvoller Prozess, bei dem viel Energie auf eine sehr kleine Fläche konzentriert wird, die in der Regel zwischen einigen Hundert Mikrometern und ein bis zwei Millimeter umfasst. Durch die schnelle Erhitzung wird das Metall bis zu seinem Schmelzpunkt gebracht – in einigen Fällen sogar bis zur Verdampfung. Während sich der Laser schnell über das Werkstück weiterbewegt, kühlt die Schmelze rasch ab und das Metall verfestigt sich wieder, wobei sich die Phasen von gasförmig über flüssig zu fest ändern. Dieser schnelle Prozess kann zu verschiedenen Defekten wie Rissen, Lunkern oder Porositäten in der Schweißnaht führen, die die Stabilität der Verbindung beeinträchtigen. Doch die Fortschritte in der Lasertechnologie – insbesondere bei den Faserlasern – haben die Laserleistung auf mehrere zehn Kilowatt erhöht. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten bei der erreichbaren Geschwindigkeit und Materialstärke. Ein weiterer vielversprechender Fortschritt für das Laserschweißen ist die Strahlformung, die einen direkten Einfluss auf den Aufschmelzvorgang hat. Neue technische Ansätze ermöglichen so die Formung des Laserstrahls in der Fokus-Ebene, wodurch sich die Leistungsverteilung und die Ausprägung des Schmelzbades steuern lassen. Diese Möglichkeit zur Strahlformung beeinflusst den Schweißprozess und wirkt sich unter anderem auf die Geometrie der Schweißnaht, die Dynamik des geschmolzenen Materials, die Abkühlgeschwindigkeit, wodurch das Anwendungsspektrum breiter wird.

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