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Parameter für das Laserschweißen: Leitfaden eines Experten

Veröffentlicht von Jean-Philippe Lavoie, Laser Welding
Laserschweißservices

Das Laserschweißen ist eine hochpräzise und effiziente Schweißtechnologie, die in verschiedenen Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der medizinischen Fertigung eingesetzt wird.

Es bietet eine große Eindringtiefe, hohe Schweißgeschwindigkeiten und minimale thermische Verformung und ist damit die ideale Wahl für Anwendungen, die Genauigkeit, Geschwindigkeit und Wiederholbarkeit erfordern.

Um mit einem Laserschweißgerät qualitativ hochwertige Schweißnähte zu erzielen, müssen die wichtigsten Parameter jedoch sorgfältig kontrolliert werden. Schon kleine Abweichungen können zu Fehlern führen, die die Festigkeit und Zuverlässigkeit der Schweißnaht verringern.

Dieser Leitfaden befasst sich mit den kritischen Laserschweißparametern, ihren Auswirkungen auf die Schweißqualität und den bewährten Verfahren zur Optimierung der Leistung.

Inhaltsverzeichnis

Das Laserschweißen und seine Herausforderungen

Die Laserschweißtechnik ist ein Fusionsverfahren, bei dem Materialien mit einem konzentrierten Laserstrahl verbunden werden.

Dies kann auf zwei Arten erfolgen:

  • Wärmeleitungsschweißen: Wärmeleitungsschweißungen werden bei Materialien und optisch anspruchsvollen Schweißnähten verwendet, bei denen der Wärmeeintrag ein wichtiger Faktor ist. Der Laserstrahl erhitzt das Material in erster Linie durch Wärmeleitung, wodurch es lokal schmilzt. Schweißnähte haben in der Regel ein Tiefen-Breiten-Verhältnis von nahezu 1.
  • Tiefschweißen: Wird für ein tieferes Eindringen verwendet, bei dem die hochintensive Laserenergie eine Kapillare (Schlüsselloch) im Material erzeugt, was im Vergleich zu konventionellen Schweißmethoden zu starken Schweißnähten mit minimaler Wärmeeinflusszone (WEZ) führt. Tiefschweißnähte  haben ein Tiefen-Breiten-Verhältnis von > 1 und typischerweise < 10. Beim Tiefschweißen werden zudem viel höhere Geschwindigkeiten erreicht als beim Wärmeleitungsschweißen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Schweißtechniken erfordert die Lasertechnologie eine präzise Kontrolle mehrerer Faktoren. Schon geringe Abweichungen bei den Einstellungen, den Materialeigenschaften oder den Umgebungsbedingungen können zu einer schlechten Schweißqualität führen. Einige der häufigsten Herausforderungen sind:

  • Befestigung und Ausrichtung von Teilen: Eine schlechte Ausrichtung zwischen Materialien kann zu Fehlern führen.
  • Schutzgas und Plasmamanagement: Ein angemessener Gasfluss ist erforderlich, um Oxidation und Störungen durch den Plasmastrahl zu vermeiden.
  • Materialeigenschaften: Stark reflektierende oder wärmeleitende Materialien wie Aluminium und Kupfer stellen eine zusätzliche Herausforderung dar.

Dauerstrichschweißen (Continuous Wave, CW) und gepulstes Schweißen im Vergleich

Wenn Sie die Parameter anpassen, müssen Sie auch die verschiedenen Schweißmethoden kennen und wissen, wie sich diese auf Ihre Einstellungen auswirken.

Dauerstrichschweißen

Das Dauerstrichschweißen liefert einen gleichmäßigen und ununterbrochenen Laserstrahl und eignet sich damit ideal für Anwendungen, die eine große Eindringtiefe und hohe Produktionsgeschwindigkeiten erfordern. Diese Methode ist beim Schweißen dickerer Materialien besonders effektiv, bei denen ein konsistenter Energieeintrag erforderlich ist, um gleichmäßige Ergebnisse zu erzielen.

Gepulstes Schweißen

Beim gepulsten Schweißen wird die Energie in kurzen Stößen abgegeben, wodurch der Wärmeeintrag minimiert wird. Diese Technik wird häufig für dünne Materialien oder Anwendungen eingesetzt, bei denen hitzeempfindliche Komponenten vor übermäßiger thermischer Verformung geschützt werden müssen.

Hohe Dosen können starke Hitze erzeugen, die zu Verzerrungen führen kann. Das Pulsieren im Mikrosekundenbereich ermöglicht die richtige Menge an Wärmezufuhr, um negative Auswirkungen auf das Metall zu vermeiden, wodurch es sich ideal für empfindliche Baugruppen eignet.

Das gepulste Laserschweißen wird (in den meisten Fällen) für Anwendungen bevorzugt, die eine sehr präzise Steuerung der Wärmezufuhr erfordern, wie z. B. das Schweißen von ungleichen Metallen, dünnen Materialien oder Komponenten mit komplexen Geometrien. Es wird auch häufig zum Punkt- und Heftschweißen verwendet.

Modulierte CW-Laser

Eine weitere Variante, der modulierte CW-Laser, ermöglicht eine dynamische Leistungsanpassung während des Schweißens. Durch die Feinabstimmung der Laserleistung in Echtzeit können Sie die Energiezufuhr für verschiedene Materialien und Materialstärken optimieren und so die Schweißqualität insgesamt verbessern und gleichzeitig Fehler minimieren.

5 Kritische Parameter beim Laserschweißen

Die Qualität der Schweißnaht hängt direkt mit den von Ihnen gewählten Prozessparametern zusammen. Wenn keine engen Toleranzen eingehalten werden, kommt es leicht zu Fehlern oder Abweichungen.

1. Befestigung und Spaltkontrolle

Einer der grundlegendsten Aspekte des Laserschweißens ist es, sicherzustellen, dass die Werkstücke sicher gehalten werden. Die richtige Befestigung verhindert Bewegungen während des Schweißvorgangs und sorgt dafür, dass die Laserenergie genau dorthin geleitet wird, wo sie benötigt wird. Eine falsche Ausrichtung oder Spalte zwischen den Materialien können zu schwachen Schweißnähten, übermäßiger Porosität und sogar zum vollständigen Versagen der Verbindung führen.

Laser sind beim Schweißen über Luftspalte hinweg unwirksam, da sie einen direkten Kontakt zwischen den Materialien benötigen, um eine starke Verbindung herzustellen. Eine weithin akzeptierte Regel beim Laserschweißen besagt, dass der Spalt zwischen zwei Komponenten in einer Überlappungsschweißkonfiguration nicht mehr als 10 % bis 20 % der Dicke des dünneren zu schweißenden Materials betragen sollte. Ein Überschreiten dieses Grenzwerts erhöht die Wahrscheinlichkeit einer unvollständigen Verschmelzung, was zu strukturell unsicheren Schweißnähten führt.

Folgen von zu großen Spalten:

  • Zu wenig Material, um den Spalt zwischen den beiden Metallen zu schließen. Dies kann zu einer unvollständigen oder fehlenden Verschmelzung zwischen den Komponenten führen
  • Geringere Zug-Scher-Kraft von Schweißverbindungen
  • Vermehrte Unterschneidung der Oberfläche oder sogar sichtbare Löcher in der Schweißnaht
  • Veränderung des Einbrandes über die Länge der Schweißnaht

Die genaue Toleranz kann je nach Material und Anwendung variieren, aber bei vielen Anwendungen muss der Montagespalt auf weniger als 0,1 mm reguliert werden, um eine ordnungsgemäße Verschmelzung zu gewährleisten.

Um Probleme im Zusammenhang mit der Befestigung und Spalten zu lösen, setzen Hersteller auf präzisionsgefertigte Teile aus einer Schneidemaschine und sorgfältig konstruierte Haltevorrichtungen. Darüber hinaus hilft die Durchführung von Inspektionen vor dem Schweißen, mögliche Ausrichtungsprobleme zu erkennen und zu korrigieren, bevor das Schweißen beginnt, wodurch das Risiko von Mängeln am Endprodukt verringert wird.

2. Gasmanagement und Abschirmung

Schutzgas spielt eine wesentliche Rolle bei der Erhaltung der Schweißqualität, indem es Oxidation verhindert und die Plasmabildung steuert.

Wenn die Laserenergie mit der Metalloberfläche interagiert, kann sie eine Wolke aus ionisiertem Gas erzeugen, die als Plasma bezeichnet wird. Dieses Plasma kann mit dem einfallenden Laserstrahl interagieren und wie eine negative Linse wirken, die den Strahl defokussiert. Dies kann zu  inkonsistentem Einbrand und reduzierter Schweißnahtfestigkeit führen. Um diesen Effekten entgegenzuwirken, verwenden die Hersteller Schutzgase wie Argon oder Stickstoff.

Argon ist aufgrund seiner Stabilität und Beständigkeit gegen Ionisierung das am häufigsten verwendete Gas, während Stickstoff in bestimmten Anwendungen verwendet werden kann, in denen er die metallurgischen Eigenschaften der Schweißnaht verbessert. Der richtige Schutzgasfluss sorgt dafür, dass die Schweißnaht sauber und frei von Oxidation bleibt, was besonders beim Schweißen reaktiver Metalle wie Titan oder Aluminium wichtig ist.

Die Optimierung des Gasflusses erfordert eine sorgfältige Positionierung der Düsen und angemessene Flussraten. Zu wenig Schutzgas kann atmosphärische Verunreinigungen verursachen, während ein übermäßiger Gasfluss Turbulenzen erzeugen kann, die Sauerstoff in die Schweißnaht einbringen, was wiederum zu Defekten führt. Das Gleichgewicht muss unbedingt gewahrt werden, um hochwertige Ergebnisse zu gewährleisten.

3. Spotgröße und Fokus des Laserstrahls

Die Größe des Brennpunkts des Laserstrahls hat einen erheblichen Einfluss auf die Energiedichte, die an das Material abgegeben wird. Eine kleinere Spotgröße bietet eine höhere Intensität, was zu einer tieferen Durchdringung und größerer Präzision führt. Kleine Spotgrößen erfordern jedoch eine hochpräzise Positionierung, die für einige Geometrien (z. B. Stumpfnaht mit großem Spalt zwischen den Komponenten) nicht geeignet ist.

Umgekehrt verteilt eine größere Spotgröße die Energie über einen größeren Bereich und eignet sich daher für Anwendungen, die eine gleichmäßigere Wärmeverteilung erfordern, wie z. B. das Oberflächenschweißen oder das Verbinden von Materialien mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften. Das Seitenverhältnis, das Verhältnis zwischen dem Spotdurchmesser und der Schweißtiefe, spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Effektivität der Schweißnaht. Im Allgemeinen erfordert eine größere Eindringtiefe ein höheres Seitenverhältnis.

Die Einstellung der Fokusposition kann auch zur Kontrolle der Schweißqualität verwendet werden. Die meisten Schweißanwendungen positionieren den Laserbrennpunkt auf der Materialoberfläche (Null-Fokus). In bestimmten Fällen kann es jedoch hilfreich sein, den Fokus etwas oberhalb oder unterhalb der Oberfläche einzustellen, um Probleme wie Spritzerbildung oder Porosität zu vermeiden. Obwohl das Herumspritzen von geschmolzenen Material nicht erwünscht ist, kann dieser Vorgang die Form der Schweißnaht im Material jedoch leicht verändern. Diese Anpassungen optimieren die Interaktion zwischen Laser und Material und verbessern die Konsistenz und Qualität der Schweißnähte insgesamt.

4. Wobbling

Wobbling ist eine fortschrittliche Technik, die die Wirksamkeit des Laserschweißens erhöht, indem der Laserstrahl in einem kontrollierten Muster oszilliert. Anstelle eines festen Strahlengangs bewegt sich der Laser auf einer definierten Bahn, wodurch die effektive Schweißnahtbreite erhöht und die Verschmelzung der Materialien verbessert wird.

Kreisförmige Muster sind üblich. Kreisförmige Wobble-Muster können Spalten zwischen Teilen überbrücken und Schweißnähte verbreitern. Achter-Muster verbessern die Eindringung und reduzieren die Porosität in einigen speziellen Fällen.

Diese Methode ist besonders nützlich, wenn Sie mit Teilen arbeiten, die kleine Spalte oder unterschiedliche Dicken aufweisen. Das Wobbling ermöglicht Ihnen mit einem kleineren Spot  und Variierung des Wegs eine breitere Bewegung. Dadurch kann mehr geschmolzenes Metall in den Bereich der Schweißnaht eingebracht werden, um eine bessere Verbindung zu erzielen.

Die Wobble-Frequenz bestimmt die Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl schwingt, während die Amplitude die Breite des Wobble-Musters steuert. Höhere Frequenzen können die Durchmischung der Schweißnaht verbessern und die Porosität verringern, während größere Amplituden die Schweißnahtbreite und -tiefe erhöhen können. Das Verhältnis zwischen Wobble-Geschwindigkeit und Fahrgeschwindigkeit muss ebenfalls berücksichtigt werden, um Probleme wie Unterschneidungen zu vermeiden. Beachten Sie, dass handelsübliche Scanning-Optiken auch Frequenzgrenzen haben. Es ist wichtig, diese Grenzen zu kennen , um beste Ergebnisse und eine lange Lebensdauer Ihrer Geräte zu gewährleisten.

5. Strahlbewegung

Verschiedene Techniken zur Steuerung der Strahlbewegung optimieren die Schweißnahtqualität weiter. Feste Optikköpfe richten den Laser auf eine feststehende Position, während Galvo-Scannerköpfe schnelle Spiegelbewegungen nutzen, um die Strahlposition dynamisch anzupassen. Hybride Systeme kombinieren eine feste Optik mit einer kontrollierten Strahlbewegung, um einfache 1D- oder 2D-Schweißmuster zu erzeugen. Eine Bewegung im Sinuswellenmuster kann den Strahl beispielsweise überlappen und Sie können sich schneller bewegen und dabei Spalte ausfüllen.

Wenn der Strahl durch die Fokussierlinse geht, wird die Bewegung der Spiegel automatisch anhand der Muster angepasst, die Sie in der Software für die Planung des Fokus zeichnen. Sie können bei Bedarf die Geschwindigkeit einstellen und das Wobbling überlagern.

Materialeigenschaften steuern

Die Schweißbarkeit eines Materials wird maßgeblich von seinen Eigenschaften beeinflusst. Sie müssen Ihre Laserschweißparameter auf die jeweiligen Materialien abstimmen.

Zusammensetzung der Legierung

Das Vorhandensein und die Konzentration bestimmter Legierungselemente haben einen großen Einfluss auf die Schweißbarkeit. Bei Kohlenstoffstahl zum Beispiel kann ein hoher Kohlenstoffgehalt (> 0,3 %) bei schneller Abkühlung zur Bildung von Martensit führen, was zu einer harten, spröden und rissanfälligen Schweißnaht führt. In ähnlicher Weise können Schwefel und Phosphor die Heißrissbildung fördern.

Andererseits können Elemente wie Mangan die Schweißbarkeit verbessern, indem sie Schwefel abfangen und eine duktilere Mikrostruktur fördern. In Aluminiumlegierungen beeinflussen der Magnesium- und Siliziumgehalt die Reaktion der Legierung auf die Wärmebehandlung und ihre Anfälligkeit für Erstarrungsrisse.

Zustand der Oberfläche

Oberflächenverunreinigungen wie Oxide, Zunder, Farbe oder Öl stören die Absorption des Laserstrahls und den Einbrand. Oxidschichten, insbesondere auf Aluminium und Edelstahl, können Schweißfehler erheblich verstärken. Daher sollte eine Reinigung vor dem Schweißen durchgeführt werden, um beste Ergebnisse zu erzielen.

Die Art der Beschichtung kann die Absorptionsrate des Materials stark verändern. Beschichteter Stahl absorbiert zum Beispiel mehr Energie als unbeschichteter Stahl.

Metallurgische Phasenumwandlungen

Beim Laserschweißen werden schnelle Erwärmungs- und Abkühlungszyklen durchgeführt, die zu Phasenumwandlungen in der Mikrostruktur des Materials führen können. Diese Umwandlungen können die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht, wie z. B. Härte, Festigkeit und Duktilität, beeinflussen.

In Stahl zum Beispiel kann sich Austenit je nach Abkühlgeschwindigkeit in Martensit, Bainit oder Perlit umwandeln. Die Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit durch Techniken wie Vorwärmen oder Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist entscheidend für das Erreichen der gewünschten Mikrostruktur und Eigenschaften. Einige Laser, wie z. B. Kern-/Ringfaserlaser, können vor und nach der Wärmebehandlung eingesetzt werden.

Häufige Probleme und bewährte Verfahren

Im Folgenden finden Sie einige der festgestellten Probleme sowie bewährte Verfahren, um diese zu minimieren.

Abschluss der Schweißnaht

Eines der häufigsten Probleme beim Laserschweißen ist die Bildung von Kraterrissen am Ende einer Schweißnaht. Dies tritt auf, wenn die Laserleistung abrupt beendet wird, was zu einer schnellen Schrumpfung des Schmelzbades und somit zu Rissen führen kann. Diese Defekte beeinträchtigen die strukturelle Integrität der Schweißnaht und treten besonders häufig beim Schweißen von Stahl, aber auch bei einigen Aluminiumlegierungen auf.

Ein gängiger Ansatz, um Kraterrisse zu begrenzen, besteht darin, die Leistungsdichte des Lasers am Ende der Schweißnaht kontrolliert herunterzufahren. Diese allmähliche Energiereduzierung ermöglicht ein gleichmäßiges Erstarren des Schmelzbades und reguliert gleichzeitig den Temperaturgradienten über die Schweißnaht, wodurch Spannungen und die Wahrscheinlichkeit von Rissbildung reduziert werden. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann ebenfalls durchgeführt werden, um Eigenspannungen abzubauen und die Haltbarkeit der Schweißnaht zu verbessern.

Spritzerbildung

Spritzer sind ein weiterer unerwünschter Effekt beim Laserschweißen, bei dem geschmolzene Metalltröpfchen aus dem Schweißbad herausgeschleudert werden. Dieses Problem entsteht in der Regel durch eine zu hohe Leistungsaufnahme, einen unsachgemäßen Schutzgasfluss oder eine falsche Ausrichtung des Laserstrahls, was zu Durchbrennen und Spritzerbildung führt, bei der geschmolzene Metalltröpfchen herausgeschleudert werden. Spritzer beeinträchtigen die Optik der Schweißnaht und können zu Fehlern wie Porosität und schwachen Verbindungen führen.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, Spritzer zu reduzieren. Die Einstellung der Laserfokusposition kann dazu beitragen, die Energiedichte an der Schweißstelle zu kontrollieren und so Spritzerbildung zu reduzieren. Die Optimierung des Schutzgastyps, der Durchflussrate und der Zufuhrmethode sind ebenfalls wichtig. Die Verwendung von Argon als Schutzgas kann zum Beispiel Plasmastörungen minimieren und die Qualität und Konsistenz der Schweißnähte verbessern.

Die richtige Befestigung ist ebenso wichtig, um sicherzustellen, dass bei der Montage der Teile keine Spalte in der Schweißzone entstehen, da letztere typischerweise zu einem Einsturz des Schlüssellochs führen, was oft mit dem Ausstoß von geschmolzenem Metall aus der Schweißnaht einhergeht.

Porosität und Gaseinschluss

Porosität beim Laserschweißen wird in erster Linie durch Gaseinschlüsse im geschmolzenen Metall verursacht. Dieses Problem kann durch Verunreinigungen, eine unzureichende Schutzgasabdeckung oder eine schnelle Erstarrung, bei der Gase in der Schweißnaht eingeschlossen werden, verursacht werden.

Durch die Vorreinigung von Materialien vor dem Schweißen werden Verunreinigungen entfernt, die zum Gaseinschluss beitragen. Die Verwendung eines geeigneten Schutzgases, wie z. B. Argon, minimiert die Oxidation und trägt zur Herstellung fehlerfreier Schweißnähte bei. Die Anpassung von Schweißgeschwindigkeit und -leistung kann zudem eine Überhitzung verhindern und so die Wahrscheinlichkeit von Porosität verringern.

Schweißen unverträglicher Materialien

Nicht alle Materialien lassen sich leicht schweißen. So können beispielsweise beim Schweißen bestimmter Stahllegierungen Risse oder Instabilitäten entstehen, wodurch sie spröder werden. Materialien können während der Abkühlung oder unter Belastung nach dem Schweißen reißen.

Dieses Problem tritt häufig in einigen Bereichen der Automobilherstellung auf, z. B. beim Schweißen von Kofferraumteilen oder Dachlinien.

Das Hartlöten kann Abhilfe schaffen. Hierbei wird zusätzliches Material in das Schmelzbad gegeben, das die elementaren Eigenschaften des Schmelzbades leicht verändert, um die Rissbildung zu verringern. Das Füllmaterial schafft eine stabilere Verbindung.

Arbeiten mit stark reflektierenden Materialien

Stark reflektierende Materialien wie Aluminium und Kupfer stellen beim Laserschweißen eine besondere Herausforderung dar. Diese Materialien reflektieren über 85 % der einfallenden Laserenergie, was es schwierig macht, eine stabile Schweißnaht zu initiieren und aufrechtzuerhalten. Die hohe Wärmeleitfähigkeit führt zu einer schnellen Wärmeableitung und erfordert ein präzises Energiemanagement.

Stahl speichert Wärme. Bei Kupfer oder Aluminium hingegen fließt Wärme ab. Wenn Sie es mit weniger als der optimalen Intensität treffen, passiert nichts. Eine hohe Intensität ist erforderlich, damit reflektierende Materialien so schnell schmelzen, dass mehr hinzukommt als verloren geht. Andernfalls kann es zur Wiedererstarrung kommen.

Das Faserlaserschweißen mit Wellenlängen im Bereich von 1070–1080 nm wird in der Industrie üblicherweise zum Schweißen dieser Materialien verwendet. Die Verwendung einer kleineren Spotgröße und hoher Leistung hilft, die anfängliche Energiekopplung zu erhöhen, was ein effizienteres Schmelzen ermöglicht. Laserpulse mit hoher Intensität können auch dazu beitragen, das Problem der Reflektivität zu lösen, indem sie für einen schnellen Temperaturanstieg an der Oberfläche sorgen, was eine bessere Energieabsorption ermöglicht.

Verhindern von Schäden durch rückreflektiertes Licht

Das von stark reflektierenden Materialien zurückgeworfene Licht kann auch den Laser und/oder die Zuführungskomponenten beschädigen, was zu Systemausfällen und einer uneinheitlichen Schweißqualität führt. Je nach Zustand Ihres Linsenschutzes und der Qualität Ihres Glases kann es Licht absorbieren und die Optik leicht verformen, was wiederum zur thermischen Linsenwirkung führt. Die thermische Linsenwirkung kann die Fokussierbarkeit des Laserstrahls beeinflussen, indem sie den Fokus des Lasers über das Teil verschiebt. Dies führt zu einer Verringerung der Leistungsdichte und einem Verlust der Eindringtiefe in das Material.

Schutzbeschichtungen auf der Optik, wie z. B. Antireflex- und Hochverschleißbeschichtungen, helfen, Schäden zu minimieren. Hochwertiges Glas, das für die Wellenlänge und die Leistung Ihres Lasersystems ausgelegt ist, ist ebenfalls wichtig, um die Absorption des Lasers in der Optik zu verhindern. Durch den Einsatz von Rückreflexionssensoren und Strahlfallen kann das Lasersystem zusätzlich geschützt werden, indem Streulicht erkannt und von empfindlichen Komponenten weggeleitet wird. Regelmäßige Inspektionen sind ebenfalls notwendig, um eine konsistente Zuführung zu gewährleisten.

Überwachung und Aufrechterhaltung der Schweißqualität

Bei Produktionsläufen ist die Gewährleistung einer gleichbleibenden Qualität entscheidend. Jede Schweißnaht muss der Belastung standhalten und die von Ihnen geforderten Toleranzen einhalten.

Sicherstellung der Konsistenz der Schweißnaht

Um eine hohe Qualität der Schweißnähte zu gewährleisten, werden prozessbegleitende Überwachungssysteme eingesetzt, um wichtige Parameter wie Plasmaemissionen und Oberflächentemperatur zu überwachen. Diese Sensoren liefern Echtzeit-Feedback, so dass die Schweißer die notwendigen Anpassungen vornehmen können, um die Prozessstabilität zu gewährleisten.

Querschnittsanalysen und CT-Scans können interne Defekte erkennen und die Eindringtiefe überprüfen. Bei CT-Scannern kann die Inspektion durchgeführt werden, ohne das Teil zu zerstören. Darüber hinaus liefern andere zerstörungsfreie Prüfmethoden (ZfP) wertvolle Erkenntnisse, ohne die Integrität der geschweißten Teile zu beeinträchtigen. Zum Beispiel:

  • Bei der Ultraschallprüfung (UT) werden Hochfrequenz-Schallwellen eingesetzt, um Fehler des Untergrunds, wie Porosität, Risse und Einschlüsse, zu erkennen.
  • Die Farbeindringprüfung (Dye Penetrant Inspection, DPI) ist eine einfache und kostengünstige Methode zur Identifizierung von Oberflächenfehlern durch Auftragen eines sichtbaren Farbstoffs auf den Schweißbereich.
  • Bei der Durchstrahlungsprüfung (RT) werden Röntgen- oder Gammastrahlen eingesetzt, um innere Defekte zu erkennen und ein detailliertes Bild der internen Struktur der Schweißnaht zu erhalten.

Die Wahl der ZfP-Methode hängt von der jeweiligen Anwendung, dem Material und der Art der zu untersuchenden Fehler ab.

Die Festlegung der Parameter und des Schweißrezept im Vorfeld sind entscheidend für die Konsistenz. So können Sie die Schweißnähte beurteilen, gegebenenfalls Anpassungen vornehmen und sicherstellen, dass Ihre Rezeptur vor größeren Produktionsläufen richtig eingestellt ist.

Datenprotokollierung und -analyse

Moderne Laserschweißsysteme verfügen über Automatisierungs-, Datenprotokollierungs- und Analysefunktionen. Durch die kontinuierliche Aufzeichnung wichtiger Schweißparameter wie Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgasfluss und Temperatur können Sie eine umfassende Datenbank mit Prozessdaten erstellen.

Die statistische Analyse dieser Daten kann Trends aufzeigen, potenzielle Probleme identifizieren und die Schweißparameter für eine verbesserte Konsistenz und Qualität optimieren.

Die Implementierung von Diagrammen für die statistische Prozesskontrolle (statistical process control, SPC) kann dabei helfen, die Prozessstabilität zu überwachen und Abweichungen von den Basislinien zu erkennen, um Verschlechterungen oder Anomalien zu identifizieren, die weitere Untersuchungen und proaktive Eingriffe erfordern.

Die Daten können auch für die Rückverfolgbarkeit verwendet werden, sodass Sie die Schweißhistorie einzelner Komponenten verfolgen und die Verantwortlichkeit sicherstellen können.

Regelmäßige Wartung für Laserstabilität

Die routinemäßige Wartung des Lasers ist entscheidend für die langfristige Laserstabilität und Schweißnahtqualität.

Das Überprüfen und Austauschen von Schutzabdeckungen oder der Optik verhindert Verunreinigungen, die zu Leistungsschwankungen und thermischer Linsenwirkung führen können.

Die tägliche Messung der Laserleistung hilft dabei, eine allmähliche Verschlechterung zu erkennen, sodass Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können, bevor die Schweißleistung beeinträchtigt wird. Hochwertige Laser weisen in der Regel eine minimale Leistungsdrift auf, aber eine regelmäßige Kalibrierung sorgt für Konsistenz in Produktionsumgebungen.

Einstellen der richtigen Laserschweißparameter

Um optimale Ergebnisse beim Laserschweißen zu erzielen, bedarf es mehr als nur der Einstellung der richtigen Parameter. Es ist ein ganzheitlicher Ansatz erforderlich, der eine rigorose Vorbereitung, eine Echtzeitüberwachung und eine kontinuierliche Verbesserung umfasst. Kontinuierliches Lernen und Anpassen sind letztendlich der entscheidende Faktor.

Jedes Material, jede Anwendung und jede Umgebung bringt einzigartige Herausforderungen mit sich, so dass die Bediener die wichtigsten Prinzipien jedes Aspekts verstehen und die Parameter entsprechend steuern müssen.

Durch eine Denkweise, die auf Präzision, Experimentierfreude und proaktiver Problemlösung beruht, können Sie Ihre Laserschweißprozesse optimieren und dauerhaft ausgezeichnete Ergebnisse erzielen.



 

Jean-Philippe Lavoie
Jean-Philippe Lavoie

Jean-Philippe (JP) Lavoie, Senior Director of Laser Process Innovation, graduated from Laval University with a Ph.D in Physics Engineering. JP brings over 20 years of experience in the laser industry working with a broad range of laser technologies. JP joined Laserax after spending 15 years at Coherent Corp. as North America Applications Labs Manager.