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Wärmeleitungsschweißen

Beim Wärmeleitungsschweißen schmilzt der Laserstrahl die Oberfläche der Werkstücke. Die Schmelzen fließen ineinander und erstarren zur Schweißnaht. Wärmeleitungsschweißen wird angewendet, um dünnwandige Teile zu verbinden, zum Beispiel für Ecknähte an Sichtkanten von Gehäusen. Weitere Anwendungen finden sich in der Elektrotechnik.

Der Laser erzeugt eine glatte, abgerundete Schweißnaht, die nicht mehr nachbearbeitet werden muss. Für die genannten Anwendungen eignen sich gepulste oder dauerstrichbetriebene Festkörperlaser, sowie Diodenlaser.. Die Energie gelangt beim Wärmeleitungsschweißen nur durch Wärmeleitung des Werkstoffes in das Werkstück. Deshalb beträgt die Nahttiefe nur einige Zehntelmillimeter bis 1 Millimeter. Die Laserstrahlintensität liegt zwischen 10^4 bis 10^6 W/cm2 Spitzenleistung. Die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs begrenzt die maximale Nahttiefe. Die Nahtbreite ist immer größer als die Nahttiefe. Wenn die Wärme nicht schnell genug abfließen kann, steigt die Bearbeitungstemperatur über die Verdampfungstemperatur. Metalldampf entsteht, die Einschweißtiefe steigt sprunghaft an, und der Prozess geht ins Tiefschweißen über.

 

 

Tiefschweißen

Das Tiefschweißen tritt nach Erhöhung der Intensität über die kritische Zone von 10^6 W/cm 2 Spitzenleistung auf. Durch die hohe Laserintensität erfolgt eine lokale Erwärmung des Grundwerkstoffes auf seine Verdampfungstemperatur und damit die Erzeugung eines laserinduzierten Metalldampfes. Die absorbierte Energie ist höher, als die durch Wärmeleitung in das Werkstück abgeführte Energie. Durch den Rückstoß des aufsteigenden Metalldampfes bildet sich in der Schmelze eine Dampfkapillare (Dampfkanal), welcher auch „KeyHole“ genannt wird. Der Durchmesser des KeyHoles liegt i.d.R. zwischen 0,1 und 1 mm. Die Tiefe entspricht etwa der Einschweißtiefe. Über den Metalldampf im Keyhole wird eine Mehrfachreflexion an den Kapillarwänden hervorgerufen. Somit erreichen dann nicht nur die Materialien eine Wärmeabsorbtionsrate von bis zu 90%, sondern der eigentliche Vorteil besteht darin, dass ein schlanker Schweißnahtquerschnitt mit tiefen Schachtverhältnissen entsteht bis zu 10mm. Die Einschweißtiefe ist stark abhängig von der Schweißgeschwindigkeit und der Laserleistung.

 

 

Punkt- und Nachtschweißen

Der Laser setzt kleinste Schweißpunkte mit Durchmessern unter 0,1 mm bis hin zu langen Schweißnähten in mehrere Millimeter starke Bleche. Hierbei können gepulste sowie Dauerstrichlaser eingesetzt werden. Dabei werden schmale Nahtgeometrien bei hohen Schweißgeschwindigkeiten realisiert. Das Resultat sind Verbindungen maximaler Festigkeit bei minimaler Wärmebelastung der Bauteile. Die Schweißnahtgeometrie sowie die Ausrichtung der zu verschweißenden Gegenstände sind abhängig von der erwünschten Zugfestigkeit, thermischer Beeinflussung, oder Dichtigkeit, z.B. im Falle eines Druckbehälters oder Ventils.

 

 

Feinschweißen

Hier wird i.d.R. mit sogenannten Feinschweißblenden gearbeitet. Diese sorgen dafür, dass der Fokuspunkt sich verringern lässt auf <100 µm. Oftmals angewendet im Bereich der Sensortechnik. Derart kleine Schweißungen müssen somit exakt positioniert werden. Das erfolgt durch die in der Maschine eingebauten Achssysteme mit Linearantrieben und hochpräzisen Glassmesssystemen. Somit kann auch bei Kleinserien und Serien eine hohe Wiederholgenauigkeit gewährleistet werden.

 

 

Auftragscchweißen

Das Laserauftragschweißen hilft bei Instandsetzung/Reparatur, ebenso bei der Modifikation/Änderung von Bauteilen. Durch Material das Lage um Lage zu einem Körper in gewünschter Schweißgeometrie aufgeschichtet wird können Verschleiß und Korrosionsbeständige Bauteile optimiert werden, beim Erreichen neuwertiger Qualität. Der Schweißprozess kann manuell oder automatisiert gesteuert werden unter Zuhilfenahme von Zusatzwerkstoffen (Schweißdraht). Dieser wird unter Berücksichtigung eines definierten Einfallwinkels (je nach Anwendungserfordernis) zeitgleich mit dem Grundwerkstoff aufgeschmolzen, sodass die Schmelze nach dem Erstarren eine homogene Gitterstruktur erhält und sich metallurgisch verbindet. Schäden können somit beseitigt, Fertigungsfehler korrigiert und Änderungswünsche in fast jede erdenkliche Geometrie gebracht werden.