Laserschweissen von Metall, Edelstahl und Titan

Laserschweissen ist ein hochpräzises Fügeverfahren für metallische Werkstoffe wie Edelstahl, Titan und hochfeste Leichtmetalle. Ein fokussierter Laserstrahl bringt lokal eine hohe Energiedichte in das Werkstück ein und erzeugt eine schmale Schmelzzone mit geringer Wärmeeinflusszone. Dadurch lassen sich Bauteile mit minimalem Verzug und hoher Wiederholgenauigkeit verbinden – von Einzelteilen bis zur Serienfertigung.

Funktionsprinzip und Eigenschaften des Laserschweissens

Beim Laserschweissen wird der Laserstrahl über geeignete Optiken auf den Fügebereich fokussiert. Je nach Leistung, Fokuslage und Prozessführung entstehen tief eindringende Nähte (Schlüssellochverfahren) oder flache Schweissraupen. Die Energieeinbringung ist exakt steuerbar, was besonders für dünnwandige Bauteile und empfindliche Geometrien vorteilhaft ist.

• Geringe Wärmeeinflusszone und geringer Verzug
• Hohe Schweissgeschwindigkeit und kurze Taktzeiten
• Sehr gute Automatisierbarkeit und Prozessüberwachung
• Eignung für kleinste Nahtgeometrien und Mikroschweissen

Laserschweissen wird sowohl in automatisierten Anlagen als auch als Handlaserschweissen mit handgeführten Laserbrennern eingesetzt. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung an Kleinserien, Reparaturen und schwer zugängliche Bereiche.

Werkstoffe: Metall, Edelstahl, Titan und Leichtmetalle

Das Verfahren eignet sich für eine breite Palette metallischer Werkstoffe. Voraussetzung ist eine geeignete Prozessführung in Bezug auf Reflektivität, Wärmeleitfähigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des Materials.

• Edelstahl: Präzise Nähte mit hoher Festigkeit, geeignet für Sichtnähte und dichte Verbindungen.
• Titan: Schweissen von hochreinen und medizinischen Titanlegierungen mit kontrollierter Wärmeeinbringung.
• Hochfeste Leichtmetalle: Aluminium- und andere Leichtmetalllegierungen können mit angepasster Strahlführung und Parametrierung gefügt werden.
• Kombinierte Materialpaarungen: Je nach Anforderung sind auch Mischverbindungen möglich, sofern Konstruktion und Prozess darauf abgestimmt sind.

Besondere Bedeutung haben vorbereitende Schritte wie Bauteilreinigung, exakte Positionierung und eine passende Schutzgasführung, um Oxidation und Porenbildung zu minimieren.

Handlaserschweissen für flexible Anwendungen

Handlaserschweissen ergänzt stationäre Anlagen, wenn Bauteile nur in kleinen Stückzahlen, an schwer zugänglichen Stellen oder direkt an der Maschine bearbeitet werden. Handgeführte Laser-Schweissbrenner ermöglichen feine Reparaturschweissungen, Anpassungen und Nacharbeiten an bestehenden Konstruktionen.

• Kleine und mittlere Serien mit wechselnden Bauteilen
• Reparaturen, Anpassungen und Nacharbeiten an Baugruppen
• Schweissen von schwer zugänglichen Bereichen und komplexen Konturen
• Fein- und Mikroschweissungen an Präzisionsteilen

Branchen und typische Anwendungen

Laserschweissen wird in vielen Schweizer Industriebranchen eingesetzt, in denen hohe Präzision, Prozesssicherheit und reproduzierbare Qualität gefordert sind.

Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrt werden dünnwandige Strukturbauteile, Turbinenkomponenten und hochfeste Leichtmetalle eingesetzt. Laserschweissen ermöglicht schmale, tiefe Schweissnähte mit hoher Festigkeit und geringem Bauteilverzug. Dies ist insbesondere bei gewichtsoptimierten Strukturen und sicherheitsrelevanten Bauteilen entscheidend.

Medizintechnik

Für Implantate, chirurgische Instrumente sowie Edelstahl- und Titanbauteile in Miniaturdimensionen bietet Laserschweissen präzise, reproduzierbare Verbindungen. Die kleine Wärmeeinflusszone trägt dazu bei, Materialeigenschaften und Oberflächengüte zu erhalten und die Biokompatibilität der Komponenten zu unterstützen.

Elektronik und Mikrotechnik

In der Elektronik und Mikrotechnik werden Sensoren, Gehäuse und Kontakte häufig hermetisch verschlossen. Laserschweissen erlaubt kleinste, lokal begrenzte Nähte und reduziert den Wärmeeintrag in empfindliche Bauteile und Elektronikkomponenten. Dies ist besonders wichtig für hochintegrierte und miniaturisierte Systeme.

Maschinen- und Anlagenbau

Im Maschinen- und Anlagenbau lassen sich Präzisionskomponenten, feinmechanische Bauteile und Antriebselemente effizient fügen. Laserschweissen ist für automatisierte Fertigungslinien geeignet und unterstützt stabile Prozessketten mit kurzen Taktzeiten, geringer Nacharbeit und konstanten Nahtqualitäten.

Batterie- und Energietechnik

In der Batterie- und Energietechnik werden Zellgehäuse, Stromschienen und Verbindungsstege für Hochvolt-Systeme mit hoher Dichtheit und Leitfähigkeit benötigt. Laserschweissen ermöglicht schmale, definierte Verbindungen mit hoher elektrischer und mechanischer Stabilität – ein wesentlicher Faktor für Lebensdauer und Sicherheit von Energiespeichern.

Uhren- und Schmuckindustrie

Die Uhren- und Schmuckindustrie profitiert vom Feinschweissen von Edelmetallen sowie von mikroskopischen Verbindungen an filigranen Komponenten. Laserschweissen ermöglicht punktgenaue Eingriffe, zum Beispiel bei Reparaturen, Anpassungen oder der Verbindung von Kleinstteilen ohne sichtbare Einflüsse auf umliegende Bereiche.

Medizintechnische und pharmazeutische Geräteproduktion

Bei medizintechnischen und pharmazeutischen Geräten werden hohe Anforderungen an Dichtheit, Reinigbarkeit und Materialverträglichkeit gestellt. Laserschweissen von Kunststoff- und Metallverbindungen ermöglicht saubere, reproduzierbare Fügeprozesse, die sich gut in validierte Produktions- und Prüfumgebungen integrieren lassen.

Technische Parameter und Prozessgestaltung

Die Qualität der Schweissnaht hängt wesentlich von der abgestimmten Parametrierung und dem Gesamtsystem ab. Wichtige Einflussgrössen sind Laserleistung, Fokuslage, Vorschubgeschwindigkeit, Strahlform, Puls- oder Dauerstrichbetrieb, Schutzgasführung sowie die Gestaltung der Nahtgeometrie.

• Anpassung von Leistung und Vorschub an Materialdicke und Legierung
• Optimierte Fokuslage für gewünschte Nahttiefe und -breite
• Schutzgasführung zur Vermeidung von Oxidation und Poren
• Geeignete Nahtvorbereitung und Bauteilspannung zur Reduktion von Verzug

Bei schwierigen Werkstoffen wie hochreflektiven Leichtmetallen oder wärmeempfindlichen Legierungen sind ein stabiler Strahleinkoppeltprozess und eine angepasste Konstruktion der Fügezone entscheidend.

Qualitätssicherung und Prozessintegration

Für sicherheitsrelevante Anwendungen ist eine konsequente Qualitätssicherung integraler Bestandteil des Laserschweissprozesses. Dazu gehören Prozessüberwachung, Dokumentation und Prüfmethoden, die den jeweiligen Normen und branchenspezifischen Anforderungen entsprechen.

• Kontrolle von Nahtgeometrie, Poren und Oberflächenqualität
• Mechanische und gegebenenfalls metallographische Prüfungen
• Integration optischer oder sensorischer Inline-Überwachung
• Definition und Überwachung von Prozessfenstern für Serienfertigung

Durch die Kombination aus präzisem Energieeintrag, gut steuerbaren Parametern und hoher Automatisierbarkeit eignet sich Laserschweissen für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Reproduzierbarkeit und Rückverfolgbarkeit.