Wie funktioniert Laserschweißen?
Laserschweißen ist ein Schmelzschweißverfahren, bei dem ein Laserstrahl als Energiequelle dient, um Werkstoffe – meist Metalle, zunehmend aber auch Kunststoffe – miteinander zu fügen.
1. Erzeugung des Laserstrahls
Ein Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) erzeugt einen hochfokussierten, intensiven Lichtstrahl mit sehr hoher Energiedichte.
Typische Lasertypen fürs Schweißen sind:
- Faserlaser (Yb:YAG-Laser) – sehr effizient, weit verbreitet in der Industrie
- CO₂-Laser – für dickere Bleche, längere Wellenlänge
- Diodenlaser – kompakt, für dünne Materialien
2. Fokussierung auf das Bauteil
Der Laserstrahl wird über Spiegel, Linsen oder Lichtleitfasern auf die Fügestelle fokussiert.
Dadurch erreicht man:
- Sehr hohe Energiedichte (bis zu 10⁶ W/cm²)
- Genaue Ortsauflösung → feine, schmale Schweißnähte
3. Aufschmelzen des Materials
Die konzentrierte Laserenergie wird vom Material absorbiert → das Werkstück schmilzt lokal auf.
Es gibt zwei Hauptvarianten:
- Geringere Leistungsdichte
- Material schmilzt oberflächlich
- Flache, breite Naht
- Eignet sich für dünne Bleche oder empfindliche Bauteile
b) Tiefschweißen (Keyhole-Schweißen)
- Sehr hohe Leistungsdichte (> 10⁶ W/cm²)
- Verdampfung des Metalls → Dampfdruckloch („Keyhole“)
- Tiefer, schmaler Schweißsteg (Ähnlich wie beim Elektronenstrahlschweißen)
- Ideal für dickere Materialien und hochfeste Verbindungen
4. Erstarren der Schmelze
Nach Abschalten oder Weiterbewegen des Lasers erstarrt die Schmelze → es entsteht eine Schweißnaht.
Oft wird ein Schutzgas (z. B. Argon oder Helium) zugeführt, um:
- Oxidation zu vermeiden
- Den Prozess stabil zu halten
5. (Optional) Zusatzwerkstoff
In manchen Fällen wird ein Schweißdraht oder Pulver zugegeben, um:
- Spalten zu füllen
- Materialeigenschaften zu verbessern
- Legierungen anzupassen
- Hier spricht man von Reparaturschweißen, Auftragsschweißen
Vorteile
- Sehr hohe Präzision
- Geringe Wärmeeinflusszone → wenig Verzug
- Hohe Schweißgeschwindigkeit
- Automatisierbar (z. B. mit Robotern)
- Kontaktloses Verfahren
Nachteile
- Hohe Investitionskosten (Laserquelle, Optik, Sicherheit)
- Exakte Positionierung nötig
- Reflektierende Materialien (z. B. Kupfer ) schwer zu bearbeiten
