Fehler beim Laserschweißen, Teil I

Fehler beim Laserschweißen, Teil I 

Das Laserschweißen ist ein sehr interessanter Prozess, bei dem verschiedene physikalische und chemische Wechselwirkungen auftreten. Dabei ist das Laserschweißen zwar ein vergleichsweise junges Schweißverfahren, hat sich aber bereits einen festen Platz in der Gruppe der Schweißtechniken und -methoden gesichert.

Vor allem wenn die klassischen, altbewährten Schweißverfahren nicht eingesetzt werden können, spielt das Laserschweißen seine Stärken aus. Allerdings kann es natürlich auch beim Laserschweißen zu Problemen wie Spritzern, Poren, Löchern oder Rissen in der Schweißnaht kommen. In einem mehrteiligen Beitrag soll es um die Fehler beim Laserschweißen, deren Ursachen und die möglichen Lösungen gehen.

Hier ist Teil I.:

Kurze Einleitung zum Laserschweißen und den möglichen Problemen

Bei objektiver Betrachtung ist es wenig verwunderlich, dass es beim Laserschweißen Schwierigkeiten geben kann. Davon abgesehen, dass es kein Schweißverfahren gibt, dass immer perfekte Ergebnisse garantiert und komplett ohne Fehlerquellen auskommt, sind mögliche Probleme beim Laserschweißen der Tatsache geschuldet, dass der Laser immer dann zum Einsatz kommt, wenn herkömmliche Verfahren an ihre Grenzen stoßen.

Solange die Schweißarbeiten mit herkömmlichen Geräten und klassischen Verfahren erledigt werden können, besteht keine Notwendigkeit, auf den recht teuren Laser zurückzugreifen. Wird der Laser dann aber genutzt, sollte er in der Lage sein, Materialien aller Art mit hoher Geschwindigkeit und in hervorragender Qualität zu verschweißen.

In sehr vielen Fällen wird das Laserschweißen dieser hohen Erwartungshaltung auch gerecht. Aber es kann eben auch passieren, dass die Schweißnähte den Anforderungen nicht genügen.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass das Laserschweißen ein vergleichsweise junges Verfahren ist. Langjährige Erfahrungswerte fehlen und auch das Expertenwissen muss erst noch reifen. Verglichen mit anderen Schweißverfahren steckt das Laserschweißen fast noch in den Kinderschuhen.

In der Praxis zeigt sich, dass viele Laserschweißanlagen nicht optimal genutzt werden. Vor allem die Art und die Zuführung der Prozessgase sind oft nicht ideal gewählt, so dass sich schon bei kleinen Änderungen an den Einstellungen große Verbesserungen zeigen.

Um die Einstellungen verändern zu können, muss aber neben den entsprechenden Geräten auch das notwendige Wissen vorhanden sein. Genau dieses Fachwissen muss aber über große Strecken erst noch angesammelt werden.

Mögliche Fehler beim Laserschweißen – Risse

Risse als Fehler bei einer Laserschweißnaht kommen eher selten vor. Die geringe Wärmeeinbringung und die schmalen Schweißnähte führen dazu, dass die Spannungen, die beim Laserschweißen eingebracht werden und Risse verursachen können, ebenfalls gering sind. Treten dennoch Risse auf, sind die Prozessgase oder deren Zufuhr oft nicht die Ursache.

Es kann sich zwar lohnen, Versuche zur Optimierung der Prozessgase zu unternehmen. Teilweise ist Wasserstoff nämlich Schuld an Rissen oder begünstigt zumindest deren Entstehung. Ein probeweises Schweißen mit wasserstoffhaltigen Prozessgasen oder auch ein Wurzelschutz bringen meist sehr schnell ans Licht, ob Wasserstoff die Ursache für die Rissbildung ist.

Wahrscheinlicher ist aber, dass der Werkstoff, das Zusatzmaterial oder die Laserparameter anders abgestimmt werden müssen. Mitunter kann es auch erforderlich werden, den Werkstoff vorzuwärmen, einer eigenständigen Wärmebehandlung zu unterziehen oder im Zuge der Nachbearbeitung thermisch zu bearbeiten, um Risse in der Schweißnaht zu vermeiden.

Mögliche Fehler beim Laserschweißen – Poren

Beim Laserschweißen tauchen Poren, Spritzer und Löcher oft in Kombination auf und sind auf die gleichen oder zumindest ähnlichen Ursachen zurückzuführen. Innerhalb bestimmter Größenordnungen werden Poren in der Laserschweißnaht mitunter aber auch als prozessbedingte Makel in Kauf genommen.

Beim Laserschweißen erzeugt der Laserstrahl nämlich eine Dampfkapillare im Werkstück und bringt über diese Bohrung die Wärme in das Material ein. Da die Dampfkapillare eine Tiefe von einigen Millimetern und einen Durchmesser im Zehntelmillimeterbereich hat, kann es sein, dass der Hohlraum nicht mehr komplett verfüllt wird und im Ergebnis Poren zurückbleiben.

Auch beim Laserschweißen können zwar praktisch porenfreie Schweißnähte erzeugt werden. Poren treten aber zum einen bei Materialien mit sehr zähen Schmelzen wie nichtrostenden Stählen und zum anderen bei Materialien mit sehr dünnflüssigen Schmelzen wie Aluminium auf.

Bei nichtrostenden Stählen ist die Schmelze in den schmalen Schweißnähten zu zäh, als dass die Zeitspanne ausreichen würde, um die Dampfkapillare wieder vollständig aufzufüllen. Hinzu kommt, dass die Poren in der zähen Schmelze nicht nach oben aufsteigen und aus der Schweißnaht heraustreten können. Die Schweißnaht gast so nicht vollständig aus. Die Folge davon ist, dass Hohlräume verbleiben.

Bei sehr dünnflüssigen Schmelzen wiederum schwappt die Schmelze nach oben. Durch den Druck des Dampfes wird sie über die Dampfkapillare hinweg herausgeschleudert. Auch dies führt dazu, dass Poren oder Löcher entstehen.

Bei beiden Werkstoffarten bietet es sich an, mit einer schleppenden Gaszufuhr zu arbeiten. Dabei sollten sowohl die Gasdüse als auch der Prozessgasstrom in eine Position gebracht werden, die dazu beiträgt, dass die Schmelze durch den Gasstrom von der Dampfkapillare weg und zur Schweißnaht hin gelenkt wirkt. Eine angepasste Zusammensetzung der Prozessgase kann ebenfalls dabei helfen, Poren und Löcher in der Schweißnaht zu verringern.

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