Das Laserschweißen ermöglicht die Herstellung ästhetischer, schmaler und reproduzierbarer Verbindungen bei relativ geringer Wärmeeinbringung in das Werkstück. Um jedoch eine gleichmäßige Schweißnaht zu erzielen, reicht die alleinige Wahl der Geräteleistung, der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißkopfes und des Schutzgases nicht aus. Von großer Bedeutung sind der Zustand der Oberfläche sowie die Sorgfalt bei der Vorbereitung der zu verbindenden Bauteile.
Das Laserschweißen ermöglicht ästhetische, schmale und reproduzierbare Verbindungen bei relativ geringer Wärmeeinbringung in das Werkstück. Um jedoch eine gleichmäßige Schweißnaht zu erzielen, reicht die alleinige Auswahl der Geräteleistung, der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißkopfes und des Schutzgases nicht aus. Von großer Bedeutung sind der Zustand der Oberfläche und die Sorgfalt bei der Vorbereitung der zu verbindenden Teile.
Rost, Öl, Feuchtigkeit, Farbe, Zunder, Kühlmittel sowie Schnittrückstände können zu Poren, Absplitterungen, einer instabilen Bildung des Schweißbads und Problemen bei der Erzielung einer reproduzierbaren Einschmelzung führen. Daher muss vor Arbeitsbeginn nicht nur auf die Parameter des Schweißgeräts geachtet werden, sondern auch auf die Sauberkeit, die Kantengeometrie und die stabile Befestigung der Werkstücke.
Warum ist die Oberflächenreinheit so wichtig?
Der Laserstrahl bündelt eine große Energiemenge auf einer kleinen Fläche. Verunreinigungen an der Fügestelle erhitzen sich sehr schnell, verdampfen oder reagieren mit dem flüssigen Metall. Dies kann den Schweißprozess stören und Gasblasen, Einschlüsse oder Verfärbungen in der Schweißnaht hinterlassen.
Zu den möglichen Ursachen für Probleme zählen unter anderem Öle, Fette, Oxide, Feuchtigkeit, Rückstände von Kühlemulsionen sowie Verschmutzungen, die von Werkzeugen übertragen werden. Selbst eine dünne Schicht fettiger Ablagerungen kann die Prozessstabilität beeinträchtigen, insbesondere bei dünnen Bauteilen und Verbindungen, die hohe ästhetische Anforderungen erfüllen müssen.
Die Oberflächen rund um die zukünftige Verbindungsstelle sollten trocken, sauber und frei von dicken Oxidschichten sowie organischen Materialien sein. Nicht nur die Kanten selbst, sondern auch der Bereich auf beiden Seiten der Schweißnaht, über den der Laserkopf oder die Schutzdüse geführt wird, muss gereinigt werden.
Wann sollte die Reinigung vor dem Schweißen erfolgen?
Die Oberflächenvorbereitung sollte möglichst kurz vor Beginn des Schweißvorgangs erfolgen. Gereinigtes Metall, das längere Zeit in einer feuchten, staubigen oder fettigen Umgebung verbleibt, kann erneut mit Ablagerungen bedeckt werden oder während des Transports und der Lagerung am Arbeitsplatz verschmutzen.
In der Serienfertigung empfiehlt es sich, ein festes Verfahren zur Vorbereitung der Bauteile einzuführen. Dieses sollte die Reihenfolge der Arbeitsschritte, die verwendeten Reinigungsmittel, die Art des Reinigungstuchs, die Art der Lagerung der Teile nach der Reinigung sowie die Regeln für die Kontrolle vor dem Schweißen festlegen. Dadurch gelangt jedes Teil in einem vergleichbaren Zustand an den Arbeitsplatz, und der Prozess lässt sich leichter wiederholen.
Entfernen Sie Öl, Fett und Kühlmittel
Der erste Schritt sollte die Entfettung sein. Bauteile können nach dem Schneiden, Drehen, Fräsen, Bohren oder Schleifen mit Bearbeitungsöl, Kühlemulsion, Konservierungsmitteln oder fettigen Fingerabdrücken bedeckt sein.
Zur Entfettung sollte ein für das jeweilige Metall geeignetes und den Prozessanforderungen entsprechendes Mittel verwendet werden. Nach der Reinigung muss die Oberfläche vollständig trocknen. Mit dem Schweißen darf nicht begonnen werden, wenn Flüssigkeit, Feuchtigkeit oder eine aufgelöste Schmutzschicht auf dem Werkstück verbleibt.
Es reicht nicht aus, das Bauteil mit einem beliebigen Lappen abzuwischen. Ein verschmutztes Reinigungstuch kann das Öl lediglich über eine größere Fläche verteilen. Verwenden Sie am besten saubere, staubfreie Materialien und vermeiden Sie es, den vorbereiteten Bereich mit bloßen Händen zu berühren. Bei Bauteilen mit hohen Qualitätsanforderungen empfiehlt es sich, mit sauberen Handschuhen zu arbeiten.
Entfernen Sie Rost, Farbe und Zunder
Schwarzstahl sollte vor dem Laserschweißen von losem Rost, Farbe, grober Zunder, Schutzbeschichtungen und Rückständen aus der vorherigen Bearbeitung befreit werden. Verunreinigungen müssen sowohl von der Fugenlinie als auch aus dem Bereich entfernt werden, der der Einwirkung von Wärme und Schutzgas ausgesetzt sein wird.
Zur Oberflächenvorbereitung können Schleifen, Bürsten, Strahlen, technisches Waschen oder Lasereinreinigung eingesetzt werden. Die Wahl der Methode hängt von der Art der Verschmutzung, dem Werkstoff und der geforderten Oberflächenqualität ab. Die Laserreinigung ermöglicht die präzise Entfernung von Rost, Farbe, Öl und technologischen Schichten ohne mechanischen Kontakt mit dem Werkstoff.
Nach dem Schleifen oder Bürsten müssen Staub, Späne und Schleifmittelpartikel gründlich entfernt werden. Es ist außerdem darauf zu achten, dass keine zu tiefen Rillen entstehen, die dünne Kante nicht überhitzt wird und die Geometrie der Verbindung nicht verändert wird. Bei dünnen Blechen kann bereits eine geringfügige Beschädigung der Kante das Erreichen einer gleichmäßigen Schweißnaht erschweren.
Wie bereitet man Aluminium für das Laserschweißen vor?
Aluminium erfordert aufgrund seiner Oxidschicht und der Empfindlichkeit des Prozesses gegenüber Feuchtigkeit und Verschmutzungen besondere Aufmerksamkeit. Aluminiumoxide haben einen anderen Schmelzpunkt als das Grundmaterial, und Wasserstoff, der unter anderem aus Feuchtigkeit, Schmiermitteln und Oberflächenverunreinigungen stammt, kann das Risiko einer Porosität der Schweißnaht erhöhen.
Zunächst muss die Oberfläche entfettet und anschließend die Oxidschicht mit einer geeigneten Methode entfernt werden. Dazu kann eine Edelstahlbürste verwendet werden, die ausschließlich für Aluminium bestimmt ist. Diese sollte zuvor nicht zur Reinigung von Stahl verwendet worden sein, da sie sonst Fremdpartikel auf das Werkstück übertragen könnte.
Bei anspruchsvollen Verbindungen sollte man auch den Zustand des Zusatzdrahts beachten, sofern dieser verwendet wird. Der Draht sollte sauber, trocken und vor Verschmutzung geschützt sein. Verunreinigungen auf dem Zusatzwerkstoff können direkt in das Schweißbad gelangen.
Achten Sie auf eine exakte Passung der Bauteile
Eine saubere Oberfläche reicht nicht aus, wenn die Teile schlecht aneinanderpassen. Die Kanten sollten gleichmäßig anliegen, und der Spalt muss über die gesamte Länge der Verbindung möglichst gleichmäßig sein. Plötzliche Änderungen des Abstands können zu ungleichmäßiger Einschmelzung, Einfallen der Schweißnaht, fehlender Füllung oder der Notwendigkeit einer ständigen Korrektur der Vorschubgeschwindigkeit führen.
Die Bauteile müssen sicher in der Vorrichtung befestigt oder so festgeklemmt werden, dass sie sich unter dem Einfluss von Wärme, Vibrationen und Bewegungen des Bedieners nicht verschieben. In der Serienfertigung ist eine gut gefertigte Vorrichtung eine der Grundvoraussetzungen für wiederholbares Laserschweißen.
Bei einem größeren Spalt kann Zusatzdraht verwendet werden, da das Laserschweißen sowohl ohne als auch mit Zusatzwerkstoff durchgeführt werden kann. Dies ersetzt jedoch nicht die ordnungsgemäße Kantenvorbereitung, die Ausrichtung der Werkstücke und die Maßkontrolle vor Arbeitsbeginn.
Entgraten und Kanten prüfen
Nach dem Laserschneiden, Plasmaschneiden, mechanischen Schneiden oder Sägen können an den Kanten Grate, Schlacke, scharfe Unebenheiten und Überbrühungen zurückbleiben. Diese müssen vor dem Ausrichten der Bauteile entfernt werden. Das Werkstück sollte mit der gesamten vorgesehenen Verbindungsfläche am anderen Teil anliegen.
Vor dem Schweißen sollten Sie Folgendes überprüfen:
- die Übereinstimmung von Werkstoffsorte und -dicke,
- Geradheit und Sauberkeit der Kanten,
- einen gleichmäßigen Spalt über die gesamte Länge der Verbindung,
- die Stabilität der Befestigung in der Vorrichtung,
- das Fehlen von Öl, Staub, Feuchtigkeit, Farbe und Zunder,
- Sauberkeit der Düse, des Schutzglases und der Kopfkomponenten,
- korrekte Zufuhr des Schutzgases.
Eine wirksame Schutzgasabdeckung begrenzt die Oxidation der Schweißnaht und ist entscheidend für eine hohe Verbindungsqualität. Ist der Gasfluss instabil oder die Düse verschmutzt, kann selbst ein gut vorbereitetes Werkstück zu einem minderwertigen Ergebnis führen.
Die häufigsten Fehler vor dem Laserschweißen
Ein häufiger Fehler ist das Schweißen von Bauteilen, die nur oberflächlich abgeschliffen wurden, obwohl sich in den Spalten noch Öl, Kühlmittel oder Bearbeitungsstaub befindet. Ein weiteres Problem ist oft, dass Lack auf der Unterseite der Fuge zurückbleibt, verschmutzte Bürsten verwendet werden oder Werkzeuge für Stahl und Aluminium verwechselt werden.
Die gereinigte Oberfläche sollte nicht mit bloßen Händen berührt werden. Fettige Fingerabdrücke können lokale Verunreinigungen verursachen. Nach der Vorbereitung sollten die Teile am besten mit sauberen Handschuhen transportiert und so schnell wie möglich in die Vorrichtung eingesetzt werden.
Ein weiterer Fehler ist es, die Überprüfung des Spalts und der Stabilität der Befestigung zu vernachlässigen. Wenn sich das Werkstück während des Schweißens verschiebt, kann der Prozess instabil werden, und die Schweißnaht muss nachbearbeitet oder neu ausgeführt werden. Beim Laserschweißen ist die Wiederholbarkeit der Werkstückvorbereitung ebenso wichtig wie die Wiederholbarkeit der Geräteeinstellungen.
Zusammenfassung
Zur korrekten Vorbereitung des Metalls für das Laserschweißen gehört die Entfernung von Öl, Feuchtigkeit, Rost, Farbe, Zunder, Oxiden und Rückständen aus der Vorbearbeitung. Ebenso wichtig sind glatte Kanten, ein schmaler und gleichmäßiger Spalt sowie eine stabile Befestigung der Bauteile.
Ein sauberes und gut passendes Werkstück ermöglicht einen stabileren Prozess, verringert die Porosität und reduziert die Anzahl der Nachbesserungen. In der Serienfertigung empfiehlt es sich, ein festes Verfahren einzuführen, das Entfetten, Reinigen, Kantenprüfung sowie den Schutz der Oberfläche vor erneuter Verschmutzung umfasst.
