Schweißen Laserstrahlschweißen im Vakuum spart Energie und Zeit

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Mit dem Laserstrahlschweißen im Vakuum verfolgt Lava-X einen neuen Ansatz, um mit geringem Energieaufwand eine hohe Produktivität und Qualität zu erreichen. Dabei bietet das neue Schweißverfahren noch weitere Vorteile gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren.

Das Laserstrahlschweißen im Vakuum ist ein innovatives Verfahren, das die Vorteile des Laserstrahlschweißens mit denen des Elektronenstrahlschweißens kombiniert. Das Vakuum verhindert Oxidation sowie die Aufnahme von atmosphärischen Gasen und erhöht die Schweißnahtqualität und Einschweißtiefe. Gegenüber dem konventionellen Laserstrahlschweißen zeichnet sich das Lava-Schweißen durch eine gesteigerte Prozessstabilität bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität und Einschweißtiefe aus. Der reduzierte Umgebungsdruck und die geringere Verdampfungstemperatur sorgen dafür, dass Spritzer, Risse und Porenbildung vermieden werden – ein besonders wichtiges Qualitätsmerkmal in vielen Branchen.

Laserstrahlschweißen im Vakuum versus Elektronenstrahlschweißen

Auch wenn sich das Laserstrahlschweißen im Vakuum und das Elektronenstrahlschweißen bei der Absorption der Strahlung unterscheiden, entstehen bei beiden hochwertige Schweißnähte. Allerdings gibt es zwei Punkte, bei denen die Vorteile des Laserstrahlverfahrens besonders deutlich werden. Zum einen stoßen sich die Elektronen im Strahl bei höherer Strahlleistung gegenseitig ab, was zu einem größeren Strahldurchmesser und zu einer Verschiebung der Fokuslage führt. Bei neuartigen Laserstrahlen sind Strahldurchmesser < 100 Mikrometern realisierbar – auch bei mehreren Kilowatt Leistung. Zum anderen kann der Elektronenstrahl durch magnetische Felder beeinflusst werden. Schon ein kleines Feld kann ausreichen, um diesen abzulenken und einen Bindefehler zu erzeugen. Der Laserstrahl dagegen wird nicht durch Magnetfelder beeinflusst – das macht ihn auch nutzbar für magnetische Spanntechnik.

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Laser- und Vakuumtechnik

Auch bei dem Lava-Prozess ist das Schweißen mit Laserscannern möglich. Das Scanfeld in den Vakuumkammern kann, abhängig vom verwendeten Scanner, ca. 400 Millimeter × 400 Millimeter betragen. Somit können auch große Bauteile in einem Evakuierungsvorgang verschweißt werden. Als Standard Laserstrahlerzeuger wird bspw. bei dem Maschinenbauer Lava-X ein 2 Kilowatt-Singlemode-Faserlaser verwendet. Es können allerdings auch Strahlerzeuger höherer Leistungsklassen verbaut werden, bspw. 6 Kilowatt Multimode Laser mit Brightline Technologie.

Zur Vakuumerzeugung werden zumeist sehr robuste, einstufige Drehschieberpumpen eingesetzt, die eine Evakuierungszeit von weniger als 20 Sekunden ermöglichen. Abhängig vom Werkstoff wird zum Schweißen ein Druckbereich von ca. 1 bis 100 Millibar eingestellt.

Im Vergleich zum konventionellen Atmosphärenprozess bietet das Laserstrahlschweißen auch energetisch einen großen Vorteil – mit einem Energieeinsparpotenzial bis 60 Prozent können Unternehmen ihre Kosten deutlich senken. Das LaVa-Schweißen bietet zudem einen stabileren und besser beherrschbaren Schweißprozess. Poren und Schweißspritzer werden vermieden, und die Schweißnahtqualität wird deutlich gesteigert. Durch das kleinere und zudem stabilere Schweißbad können bei einer geringeren Laserleistung tiefere und qualitativ hochwertigere Schweißnähte erzeugt werden. So lässt sich beispielsweise für Edelstahl bei einer Strahlleistung von nur 500 Watt eine Einschweißtiefe von bis zu 3 Millimetern erreichen. Wird die Strahlleistung auf 12 Kilowatt erhöht, kann die Einschweißtiefe sogar bis auf 40 Millimeter erhöht werden.

Gründe für die Vorteile des Lava-Schweißens:

• Die Dampffackel, die über der Kapillare entsteht, wird durch das Vakuum signifikant reduziert.

• Die Verdampfungstemperatur der Werkstoffe sinkt durch den verminderten Druck. Infolgedessen sinken die Temperatur der vom Laserstrahl gebildeten Dampfkapillare und der Temperaturgradient zwischen Kapillarwand und Schmelzlinie. Dadurch kann eine bessere Tiefenwirkung erzielt werden.

Das Laserstrahlschweißen im Vakuum bietet einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren. Insbesondere die Qualitätssteigerung durch den stabilen Schweißprozess ist ein Hauptargument für das Lava-Schweißen. Doch neben all den qualitativen Merkmalen spielt bei diesem Schweißverfahren insbesondere auch die Reduktion des Energiebedarfs eine entscheidende Rolle. Dies senkt nicht nur die Kosten, sondern kann auch für die Energieeffizienz des jeweiligen Unternehmens bedeutend sein.

* Dr. Christian Otten ist CEO von Lava-X

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