Laserstrahlschweißen im Vakuum

Das Laserstrahlschweißen bietet viele Vorteile: Hohe Geschwindigkeiten, geringer Verzug und vergleichsweise große Einschweißtiefen sind nur einige davon.

Doch das Laserstrahlschweißen hat auch Limitierungen. So setzt die verfügbare Leistung auch moderner Laser dem Prozess bei der Dicke der schweißbaren Werkstoffe Grenzen. Zudem sinkt die Nahtqualität bei steigender Einschweißtiefe. Porenbildung und Heißrisse insbesondere bei hochfesten Stählen sind die Folge.

Die Idee: Das Beste aus zwei Welten vereinen

Um die Ergebnisse des Laserstrahlschweißens noch weiter zu verbessern, kombinierte unser Forschungspartner ISF die beiden Know-how-Felder Laserstrahlschweißen und Elektronenstrahlschweißen. Im fügetechnischen Labor wurde eine hochbrillante singlemode Laserquelle in eine bestehende Elektronenstrahlschweißanlage integriert.

Von der Idee zur Einsatzreife

Von den ersten Versuchen bis zur Einsatzreife mussten noch einige Hürden genommen werden: Wie wird der Laserstrahl optimal in das Vakuum eingekoppelt? Wie lässt sich die Optik in der Vakuumkammer sicher vor Metalldampf schützen?

Gemeinsam mit dem ISF und unseren Industriepartnern gelang es uns, die Herausforderungen zu meistern. Wir entwickelten eine eigene Vakuumkammer sowie Detaillösungen für die Optiken und deren Schutz. Nach vielen intensiven Tests und Feinarbeiten ist das Verfahren nun reif für den industriellen Einsatz.

Laser mit erweitertem Einsatzbereich

Der Lohn der Arbeit ist ein Schweißverfahren, das die bisherigen Grenzen des Laserstrahlschweißens deutlich verschiebt. Während sich unlegierte Stähle mit einem Hochleistungslaser ohne Vakuum bis ca. 15 mm Einschweißtiefe fügen lassen, erreicht ein 16 kW Festkörperlaser im Vakuum eine Einschweißtiefe von über 60 mm. Einseitige Verbindungen mit freier Naht- und Wurzelformung lassen sich im Vakuum bis 50 mm Blechdicke schweißen.

Zudem begünstigt das Vakuum die Entgasung. So nimmt die Porenbildung bis auf ein nicht mehr nachweisbares Maß ab. Auch das Risiko von Heißrissen sinkt im Vakuum. Die Schweißnähte bleiben dabei ähnlich schmal wie beim Elektronenstrahlschweißen.

Spritzer werden im Vakuum deutlich reduziert. Darüber hinaus lassen sich sauerstoffaffine Werkstoffe wie Titan oder Wolfram ohne Schutzgas schweißen. Durch die vergleichsweise geringen Anforderungen an die Vakuumtechnik sind die Kosten für das Vakuum meist nicht höher als die Schutzgaskosten herkömmlicher Laserverfahren.

Flexibler als Elektronenstrahl

Auch im Vergleich zum Elektronenstrahlschweißen sammelt das Laserstrahlschweißen im Vakuum Pluspunkte. Da ein deutlich geringerer Unterdruck ausreicht, wird die Flexibilität merklich erhöht. Sogar kleine, mobile Vakuumkammern sind möglich. Diese beschränken sich lokal auf die Schweißstelle und können einfacher abgedichtet werden, da kleinere Leckagen toleriert werden können.

Daneben bestehen bei der Schweißvorbereitung und der Spanntechnik deutliche Vorteile. Da Laserstrahlung nicht anfällig für eine magnetische Ablenkung ist, entfällt die gerade bei großen Bauteilen aufwändige Entmagnetisierung. Es lassen sich demnach magnetische Spannvorrichtungen und induktive Vorwärmeinrichtungen nutzen.

Zudem entsteht beim Einsatz von Lasern keine Röntgenstrahlung. Auf die aufwändige Abschirmung des Prozesses mit Blei wie beim Elektronenstrahlschweißen kann daher verzichtet werden. Der erforderliche Schutz vor Laserstrahlung wird in der Regel bereits durch die Vakuumkammer gewährleistet.

Selbstverständlich ist das Laserstrahlschweißen auch im Vakuum nicht in allen Aspekten dem Elektronenstrahlschweißen überlegen. Für Ihre konkrete Anwendung analysieren wir den Einsatzzweck systematisch und objektiv. Erst danach wählen wir das für Sie beste Verfahren aus.

Bereit für den Einsatz in Ihrer Produktion

Die intensiven und aufwändigen Versuchsreihen im fügetechnischen Labor haben gezeigt: Das Laserstrahlschweißen im Vakuum ist reif für den Einsatz in der Praxis. Profitieren Sie von dieser fortschrittlichen Technologie und greifen Sie auf das Know-how der Technologieführer zurück.

Gerne prüfen wir gemeinsam mit Ihnen, ob Laserstrahlschweißen im Vakuum für Ihre Aufgabe das Verfahren der Wahl ist. Danach stellen wir mit dem passenden Hersteller die Anlage individuell für Ihre Anwendung zusammen und finden die optimalen Prozessparameter.