Das Laserschweißen hat sich zu einer transformativen Technologie für industrielle Fügeverfahren entwickelt. Es bietet deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren wie dem WIG- oder MIG-Schweißen, insbesondere bei Anwendungen, die hohe Präzision, minimalen thermischen Verzug und erhöhte Produktivität erfordern. Für Beschaffungsexperten, die fortschrittliche Verbindungstechnologien evaluieren, bietet das Laserschweißen sowohl messbare Leistungsverbesserungen als auch erhebliche Kostenvorteile.

Grundprinzip der Laserschweißen

Beim Laserschweißen wird ein hochintensiver Laserstrahl auf eine Materialoberfläche gerichtet, wo er absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärme führt zu lokalem Schmelzen und in einigen Fällen zu Verdampfung und Plasmabildung. Abhängig von der Wärmezufuhr und der Materialreaktion wird das Laserschweißen in der Regel in zwei Modi unterteilt:

• Konduktionsschweißen: Die Hitze bringt das Material zum Schmelzen, aber nicht zum Verdampfen. Es ist für dünne Abschnitte geeignet und erzeugt glatte Schweißnähte mit minimaler Eindringtiefe.
• Schlüssellochschweißen (Deep Penetration): Das Material schmilzt und verdampft und bildet ein schmales, tiefes Schlüsselloch, das Schweißnähte mit hohem Aspektverhältnis ermöglicht. Diese Methode ist die vorherrschende Methode bei industriellen Anwendungen.

Technische Vorteile

1. Hervorragende Schweißnahtqualität

Das Laserschweißen bietet eine enge Wärmekontrolle, was zu schmalen Wärmeeinflusszonen (WEZ), schneller Abkühlung und minimalem Verzug führt. Die Schweißnähte sind sauber, haben ein feines Gefüge und mechanische Eigenschaften, die denen des Grundmaterials nahe kommen. Die feine Korngröße und die reduzierten Versetzungen tragen zu einer gleichbleibenden Festigkeit und Haltbarkeit bei.

2. Gesteigerte Effizienz und höherer Durchsatz

Im Vergleich zum WIG- oder MIG-Schweißen ist das Laserschweißen bei vielen Anwendungen 5 bis 10 Mal effizienter. Sein Hochgeschwindigkeitsbetrieb in Verbindung mit minimalen Nacharbeiten und Nachbearbeitungsanforderungen verkürzt die Produktionszeit drastisch. Dies ist besonders vorteilhaft in der Edelstahlrohrindustrie, wo das Laserschweißen von Geradnähten zur Standardpraxis geworden ist.

3. Größere Design-Flexibilität

Laserschweißen ist ein berührungsloses Verfahren, d. h. der Laserkopf muss das Werkstück nicht berühren. Dies ermöglicht einen besseren Zugang zu komplexen Geometrien und ermöglicht das Schweißen von schwer zugänglichen Nähten, inneren Verbindungen und konturierten Oberflächen. So kann das Laserschweißen beispielsweise bei internen Turbinenkomponenten oder dicht gepackten Sensorbaugruppen eingesetzt werden, bei denen das Lichtbogenschweißen unpraktisch wäre.

4. Außergewöhnliche Präzision

Das Laserschweißen ist ideal für kleine, empfindliche Bauteile wie Sensoren, Ventile und Batteriehalterungen. Beim Lichtbogenschweißen entsteht oft zu viel Hitze für solch feine Anwendungen. Im Gegensatz dazu liefert das Laserschweißen Schweißnähte mit einem hohen Aspektverhältnis (Tiefe/Breite) und eignet sich daher für das Tiefschweißen von mittelgroßen bis dicken Blechen, wobei eine hervorragende Kontrolle gewährleistet ist.

Kostenreduzierung und Prozessvereinfachung

Das Laserschweißen trägt in mehrfacher Hinsicht zur Senkung der Herstellungskosten bei:

• Dünnblechschweißen: Durch den geringeren Verzug wird der Bedarf an Neuausrichtung oder Ausschuss minimiert, während höhere Schweißgeschwindigkeiten die Arbeitskosten senken.
• Schweißen von mittelstarken Platten: Es ist kein Anfasen mehr erforderlich und die Oberflächenbearbeitung nach dem Schweißen wird reduziert. Dies führt zu einer Zeitersparnis von bis zu 40% und einer Kostenersparnis von über 30% im Vergleich zum herkömmlichen Lichtbogenschweißen.

Außerdem werden beim Laserschweißen keine Elektroden benötigt, so dass Probleme mit Elektrodenverschleiß oder Verunreinigungen vermieden werden. Der geringere Werkzeugverschleiß und die minimalen Verbrauchsmaterialien tragen weiter zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten bei.

Vielseitigkeit und Materialkompatibilität

Das Laserschweißen eignet sich für eine breite Palette von Metallen und unterschiedlichen Materialkombinationen. Die automatisierte Integration von Robotern ermöglicht präzise, wiederholbare Schweißnähte auch bei schwierigen Winkeln. Die Fähigkeit, aus der Entfernung zu arbeiten und optische Führungssysteme zu verwenden, ermöglicht das Schweißen in beengten oder versperrten Räumen - etwas, das nur wenige herkömmliche Schweißverfahren erreichen können.

Aktuelle und neu entstehende Anwendungen

Das Laserschweißen ist heute eine Schlüsseltechnologie in mehreren Branchen:

• Power-Batterien: Wird aufgrund seiner Präzision und Wiederholbarkeit zum Schweißen von Batterielaschen, Klemmen, Dichtungsstiften und Steckern verwendet.
• Automobilkomponenten: Wird bei der Herstellung von Getrieben, Antriebseinheiten und Konstruktionsteilen eingesetzt.
• Eisenbahn und Schiffbau: Ermöglicht tiefes Eindringen und lange Schweißnähte.
• Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: Wird für leichte, hochfeste Baugruppen verwendet, die enge Toleranzen erfordern.

Dank der raschen Lokalisierung und des Preisverfalls bei Laserquellen, insbesondere von chinesischen Herstellern wie Raycus und MaxPhotonics, sind die Gerätekosten stark gesunken. Eine 2-kW-Laserquelle, die 2017 noch 10-15 W RMB pro Stück kostete, wird jetzt für 2-3 W RMB verkauft - ein Preisrückgang um 80%.

Die Palette der verarbeitbaren Materialien wird immer breiter. Während rostfreier Stahl und Aluminiumlegierungen derzeit die Hauptrolle spielen, dringt das Laserschweißen schnell in Kohlenstoffstähle und hochfeste Stähle vor und ersetzt die älteren WIG- und CMT-Verfahren.

Schlussfolgerung

Das Laserschweißen ist dabei, die Landschaft der Präzisionsfertigung neu zu gestalten. Mit seiner unübertroffenen Präzision, dem minimalen Verzug und der Kosteneffizienz stellt es eine überzeugende Option für Hersteller dar, die ihre Fügeverfahren modernisieren wollen. Da die Kosten für die Ausrüstung weiter sinken und die Akzeptanz in allen Branchen zunimmt, ist das Laserschweißen auf dem besten Weg, der neue Standard für die industrielle Hochleistungsfertigung zu werden.