:: Laserschweissen (Laserstrahlschweißen) ::
Laserstrahlschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und bei geringen thermischen Verzügen gefügt werden müssen. Das Laserstrahlschweißen oder Laserschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt.
Das Laserlicht wird mittels einer Optik fokussiert (Brennglaseffekt). Die Werkstückoberfläche der Stoßkante, bzw. der Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile befindet sich in der unmittelbaren Nähe des Fokus der Optik (Im Brennfleck); die Lage des Fokus relativ zur Werkstückoberfläche (oberhalb oder unterhalb) ist ein wichtiger Schweißparameter und legt z. B. die Einschweißtiefe mit fest. Der Brennfleck besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen, wenn der eingesetzte Laser die typischen Leistungen von einigen Kilowatt Laserleistung besitzt. Durch Absorption der Laserlichtenergie erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur von Metall hinaus, so dass sich eine Schmelze bildet.
Bei hohen Strahlintensitäten im Fokus (z. B. bei Stahlwerkstoffen ca. 4 MW/cm² abhängig u.a. von der Verfahrgeschwindigkeit; bei einer Geschwindigkeit von 1 m/min reichen unter Umständen auch etwa 2 MW/cm²) bildet sich in der Schmelze in Strahlrichtung eine Dampfkapillare (mit Metalldampf bzw. teilionisiertem Metalldampf gefüllter, schlauchförmiger Hohlraum) in der Tiefe des Werkstückes aus. Der Werkstoff wird dadurch auch in der Tiefe in extrem kurzen Zeiten aufgeschmolzen, wenn der auf die Werkstückoberfläche fokussierte Laserstrahl entlang der Stoßfugen zum Verschweißen geführt wird.
Durch die konzentrierte Energieeinkopplung vergleichsweise geringer Energiemengen (im Vergleich zu anderen Schweißverfahren) in das Werkstück wird der thermisch bedingte Verzug von lasergeschweißten Bauteilen gering gehalten. Daher wird dieses Schweißverfahren oftmals zum Fügen von Komponenten zu Fertigbauteilen eingesetzt (z. B. Gangrad und Synchronring -> Getrieberad).
Eine Laserschweißanlage besteht in der Regel aus dem Laser, einer CNC-gesteuerten mehrachsigen Bewegungseinheit, einem optischen System zur Führung des Laserstrahles innerhalb des Bewegungssystemes, einer Bearbeitungs- und Fokussier-Optik und einer Werkstückaufnahmevorrichtung. Das Bewegungssystem bewegt entweder den Laserstrahl über das Werkstück oder das Werkstück unter dem Laserstrahl hindurch. Seltener sind Bauformen, wo sowohl das Werkstück als auch der Laserstrahl bewegt werden. Eine relativ neue Entwicklung macht von Scannersystemen zur Bewegung des gebündelten Laserstrahles über das Werkstück Gebrauch. Scannersysteme bestehen aus einer Kombination von rotierenden Facettenspiegeln oder verkippbaren Ablenkspiegeln, die den Laserstrahl über die einstellbaren Winkel der Spiegel an unterschiedliche Orte reflektieren können. Der Vorteil liegt hauptsächlich in der sehr hohen möglichen Geschwindigkeit der Positionierung des Laserstrahles. Diese Technik setzt voraus, dass der Laser einen Laserstrahl sehr hoher Strahlqualität bei vergleichsweise hoher Laserleistung liefert (z.B. Faserlaser, Scheibenlaser, CO2Slab-Laser o.ä.). Diese Art des Laserschweißens wird dann als Remote-Schweißen bezeichnet.
Häufig verwendete Strahlquellen beim Laserschweißen von Metallen sind der Nd:YAG-Laser (Wellenlänge ca. 1,06 µm) und der CO2-Laser (Wellenlänge ca. 10,6 µm). Dabei ist der Strahl des Nd:YAG-Lasers fasergängig, d.h. er wird über einen Lichtwellenleiter bzw. Glasfaserkabel in die Laserschweißoptik geführt, die in der Regel aus einem Linsensatz besteht. Der CO2-Strahl hingegen wird durch die Luft geführt und über Spiegel an die Schweißstelle gelenkt und dort entweder mittels Linsen, oder verbreiteter, mittels Fokussierspiegel fokussiert.
Auch das Schweißen von Thermoplasten ist möglich. Hierzu benötigt man als Schweißpartner einen lasertransparenten Thermoplasten und einen laserabsorbierenden Partner. Ein lasertransparenter Thermoplast kann durch Dotierung mit Additiven (z.B. Rußpartikeln (ca. 0,3 Gew.-%)) zum absorbierenden Medium werden.
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