Laserschweißen Aluminium mit
Hochleistungs-Diodenlasern

Diodenlaser bieten beim Laserschweißen von Aluminium im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren gleich mehrere Vorteile. Dazu gehören unter anderem ein ruhiges Schmelzbad, das ein sauberes, nahezu Spritzer-freies Schweißen garantiert, sowie präzise auf die jeweilige Anwendung einstellbare Spot-Parameter beim Einsatz eines Multi-Spot-Moduls.

Aluminium Laserschweißen – Das Verfahren

Wie bei allen Schweißverfahren werden auch beim Aluminium Schweißen die Fügezonen der beiden zu verbindenden Bauteile durch einen gezielten Hitzeeintrag, in diesem Fall durch einen Diodenlaser, lokal aufgeschmolzen. Die Schmelzen beider Bauteile fließen ineinander, kühlen ab und bilden nach dem Erstarren eine feste Verbindung.

Da die einzelnen Legierungsbestandteile des Aluminiums bei unterschiedlichen Temperaturen erstarren, besteht durch die beim Abkühlen auftretenden Schrumpfspannungen im Gefüge die Gefahr von Heißrissen. Diese würden die Festigkeit der Schweißverbindung deutlich verringern. Um Heißrisse zu vermeiden, wird zur Optimierung der Aluminium Schweißbarkeit daher ein Zusatzdraht aus Aluminium-Silizium (AlSi) zugeführt. Die so hergestellte Schweißnaht verfügt nicht nur über eine ausgezeichnete Festigkeit, sondern ist zudem auch optisch ansprechend und erfordert keine Nachbearbeitung.

Warum hat Laser-Heißdrahtschweißen bei Aluminium weitere Vorteile?

Beim Heißdraht Verfahren wird elektrischer Strom durch den Zusatzdraht geleitet und erhitzt ihn per Joulescher Widerstandserwärmung, bevor der Laser das Schmelzen in den flüssigen Zustand beendet. Flüssige Metalle absorbieren Laserenergie erheblich besser. Je weniger Laserenergie eingebracht werden muss um den Zusatzdraht zu verflüssigen und flüssig zu halten, um so effizienter wird der Laser im Prozess.Vereinfacht ausgedrückt substituiert beim Heißdrahtverfahren die elektrische Leistung den Teil der Laserleistung, der nicht mehr aufgewendet wird, um den Zusatzdraht aufzuschmelzen. Insgesamt wirkt sich das positiv auf die Energiebilanz und Prozessstabilität aus. Mit dem Laser-Heißdrahtverfahren gehen bedeutende Prozessvorteile einher: Der Wärmeeintrag und die Wärmeeinflusszone ist im Vergleich zu anderen Schweißverfahren kleiner, was Verzug verringert. Zudem können höhere Prozessgeschwindigkeiten bei hohen Nahtgüten erzielt werden. Die Schweißnaht Qualität ist hervorragend.

Prozessvorteile des Diodenlasers beim Aluminiumschweißen

Ein großer Vorteil des Prozesses liegt in dem ruhigen Schmelzbad beim Laserschweißen von Aluminium. Die Schweißnähte fallen daher sehr gleichmäßig geformt, sauber und glatt aus. Verunreinigungen durch unerwünschte Metallspritzer auf der Oberfläche des Werkstücks und auf der Laseroptik lassen sich vermeiden.

Ein weiterer Vorteil ist die deutlich höhere Energieeffizienz des Diodenlasers im Vergleich zu anderen Industrielasern, was ihn für das Laserschweißen Aluminium sowohl prozesstechnisch als auch wirtschaftlich attraktiv macht. Neben dem höheren Wirkungsgrad,  wirkt sich ein weiterer Faktor positiv aus: Das in der Regel kürzere Wellenlängenspektrum der Diodenlaser liegt näher am Absorptionsmaximum von Aluminium, als bei vielen anderen Industrielasern. Weniger Laserenergie wird reflektiert und damit weniger Laserleistung ist nötig, um den Werkstoff aufzuschmelzen. Die Entwicklung der letzten Jahre zeigt, dass in fast allen Branchen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit einen großen Faktor in der Produktion einnehmen. Die Entwicklung zukunftsorientierter Technologie, die bei gleichbleibend hoher Leistung optimale Ergebnisse erzeugt, ist deshalb für Laserline richtungsweisend. 

Und nicht zuletzt lässt sich mit dem Laserline Multi-Spot-Modul passend zu jeder spezifischen Prozessanforderung fast jede beliebige Spotgeometrie realisieren, sei es die Aufteilung des Strahls in mehrere Einzelspots, die Anpassung der Spotabstände oder die Verteilung der Intensität innerhalb eines Spots. Mit der Spot-in-Spot Konfiguration können zum Beispiel symmetrische und asymmetrische Nähte in einer erheblich besseren Schweißqualität als bei konventionellen kreisförmigen oder rechteckigen Spots erzielt werden, und das bei hohen Geschwindigkeiten. Die Spot-In-Spot Technik kommt unter anderem beim Schweißen von Aluminium mit Zusatzdraht zum Einsatz.

Bei einem anderen, dem Aluminiumschweißen mit Zusatzdraht sehr ähnlichen Fügeprozess mit Zusatzdraht - dem Laser Hartöten - wird das Multi-Spot-Modul in einer sogenannten Triple-Spot Konfiguration eingesetzt: Zwei dem Hauptspot vorgelagerte Nebenspots tragen hierbei hierbei die Beschichtung am Rand des Drahtaufschmelzbereichs die Beschichtung von feuerverzinkten Blechen ab. Beim direkt anschließenden Aufschmelzen trägt das zu einem erheblich ruhigeren, kontrollierten Schweißprozess bei. Mehr lesen ...

Prozessentwicklung im Applikationslabor

Zusammen mit unseren Kunden finden die Laserline Anwendungsspezialisten das richtige Setup für Aluminium Schweißprozesse und optimieren in unseren Applikationslaboren die Prozessparameter bis zur Serienreife.

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Aluminiumschweißen in der Automobilindustrie

Beim Laserstrahlschweißen von komplexen Karosserieteilen im Sichtbereich wie beispielsweise Autotüren werden höchste Anforderungen an das optische Erscheinungsbild der Schweißnähte gestellt. Daher sind besonders glatte Nähte gefragt, die ohne Nacharbeiten direkt lackiert werden können. Der hierfür eingesetzte Diodenlaser in Spot-In-Spot Konfiguration arbeitet zum einen mit einem Hauptspot bei hohem Leistungseintrag und zum anderen mit einem umgebenden Spot, der die Schweißnaht im selben Arbeitsgang glättet. Das Resultat ist eine homogene Schweißnaht frei von Poren und Spritzern, eine weitere Bearbeitung des Werkstoffs ist nicht erforderlich. Je nach Anwendungsfall kann dieses Verfahren auch ohne zusätzlichen Schweißdraht angewandt werden, was zur Kosteneinsparung in der Herstellung beiträgt.

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