Laserschweißen – mittlaser.de

Der Laser bietet beim Schweißen aufgrund seiner im Grundlagenteil behandelten Eigenschaften extreme Vorteile. Korrekt angewendet lassen sich durch Laser die meisten Schweißanwendungen substituieren und deutlich verbessern. Wir unterscheiden beim Laserschweißen in drei Kategorien: Das Laserschweißen von Metallen, Laser-Kunststoffschweißen und das Schweißen mit Nanosekundenlasern. Diese Unterscheidung wurde getroffen, da sich die Verfahren grundlegend unterscheiden. Wir werden im Folgenden hauptsächlich auf das Metallschweißen eingehen und das Schweißen von Kunststoffen in einem separaten Abschnitt behandeln.

Das Laserschweißen ist ein Fügeprozess, bei dem eine Stoffschlüssige Verbindung aus zwei oder mehreren Fügepartnern erzeugt wird. Die Vorteile dieses Prozesses sind:

Hohe Schweißgeschwindigkeit
Hohe Aspektverhältnisse (Schweißnahttiefe / Schweißnahtbreite)
Schweißnahtgüte
Gute Dosierbarkeit der eingebrachten Energie
reduzierte Nahtvorbereitung
gute Automatisierbarkeit
Das Fügen verschiedener Werkstoffe
Zusatzwerkstoff muss nicht verwendet werden, kann aber zur Überbrückung hoher Spaltmaße oder dem Auftragsschweißen Anwendung finden.

Der Laserstrahl wird absorbiert und die Wärme wird vom Festkörper weitergeleitet. Ist genug Energie im System beginnt das Material lokal zu schmelzen und es entsteht ein Schmelzbad. Bei ausreichend hoher Intensität der Bestrahlung beginnt im Schmelzbad ein teil des Materials zu verdampfen und es entsteht ein Keyhole. In dieses Keyhole kann der Laserstrahl besser einkoppeln, durch die Mehrfachreflexion und dadurch entstehende mehrfache Absorption der Strahlung an den Wänden dieses Lochs.
Dieser Effekt wird als Tiefschweißeffekt bezeichnet.
Nach dem die Bestrahlung des Materials vorbei ist (Prozessende oder Umpositionierung des Laserstrahls auf dem Werkstück) schließt sich das entstandene Keyhole und die Schmelze erstarrt aufgrund der Wärmeleitung in sich selbst und die Wärmeabgabe an die Umgebung des Werkstücks. Übrig bleibt eine lasergeschweißte Schweißnaht.

Quelle: Lasertechnik für die Fertigung, Reinhart Poprawe, Springer 2005 S.258

Die erzielte Einschweißtiefe ist Intensitätsgesteuert. In nebenstehendem Diagramm kann man den Qualitativen Verlauf erkennen. Selbstverständlich sind die konkreten Werte von vielen anderen Einflussfaktoren abhängig, diese wurden bei dieser Betrachtung allerdings konstant gehalten.
Erkennbar ist, dass es ab einer Intensität von 10⁶ W/cm² zu einem Sprunghaften Anstieg der Einschweißtiefe kommt. Ab diesem Punkt fängt ein Teil Materials im Schmelzbad an zu verdampfen und es entsteht der besprochene Dampfkanal. In dieses Keyhole kann der Laserstrahl besser einkoppeln, durch die Mehrfachreflexion der Strahlung an den Wänden dieser Kapillare.
Dieser Effekt wird als Tiefschweißeffekt bezeichnet.
Nachstehend werden nun schematisch die 3 entstehenden Schweißnahtquerschliffe gezeigt die beim Wärmeleitungsschweißen, in der Übergangszone der Regime und dem Tiefschweißen entstehen.

Die sich bei jedem Prozess ausbildende Schweißwurzel ist zusammengesetzt aus einem Anteil der durch das Wärmeleitungsschweißen entsteht und bei ausreichend hoher Intensität mit einer Tiefschweißwurzel. Im Bereich des starken Anstiegs der Einschweißtiefe entsteht eine V-förmige Schweißwurzel. Diese Querschnitte entstehen aus dem Grund, dass auch beim Tiefschweißen kontinuierlich Wärme in das Schmelzbad eingebracht wird, wodurch dieses durch die innere Konvektion und Wärmeleitung mit der Zeit wächst.

Laser können, wie im Grundlagenteil beschrieben, gepulst oder kontinuierlich betrieben werden. Somit gibt es auch hier wieder unterschiedliche Varianten zu schweißen mit ihren Vor- und Nachteilen. Um diese nachzuvollziehen, wollen wir erstmal verstehen, was die zwei Varianten voneinander unterscheidet. Beim CW-Schweißen ist der Laser die gesamte Zeit des Prozesses an und gibt Strahlung aus. Daraus ergibt sich, dass wir bei einem angenommenen festen Spotdurchmesser das Prozessergebnis im wesentlichen durch die Leistung, die Verfahrgeschwindigkeit und die Schutzgaszufuhr beeinflussen können. Wird ein gepulster Laserstrahl verwendet, dann ergeben sich drei weitere Parameter. Diese sind Pulsdauer, Pulswiederholfrequenz (Rep-Rate) und Pulsform. Die Pulsformung wird noch in einem Separaten Artikel behandelt, deshalb lassen wir sie vorerst außer Acht.
Schweißen wir gepulst, dann lässt sich jeder Puls als einzelner Schweißprozess verstehen. Innerhalb dieses Pulses wird das Material erhitzt, erschmolzen und intensitätsabhängig verdampft (Keyhole). Zwischen zwei Pulsen verfliegen Plasma und Dampf, das Material rekristallisiert und der Prozess beginnt beim nächsten Puls erneut. Lediglich ein gewisses Maß an Wärme in Form einer erhöhten Temparatur des Grundwerkstoffes verbleiben im Material. Man kann sagen, dass die gepulsten Prozesse im Normalfall folgende Unterschiede zum Schweißen im Dauerstrichbetrieb haben:

langsamere Schweißgeschwindigkeit
geringere Einschweißtiefe
Flexibler durch mehr Parameter
mit Pulsüberhöhung geringere mittlere Leistung
reduzierte Wärmebeeinflussung und Verzug
konstantere Prozessführung
bei filigranen Bauteilen höhere Einschweißtiefen möglich als bei cw
geringere Spaltüberbrückung
geringere Abhängigkeit von Schutzgas
bessere Eignung beim Schweißen verschiedener Materialien oder unterschiedlichen Materialquerschnitten
geringere Dichtigkeitsanforderungen erfüllbar
Nahtrauheiten höher
Nahtschuppung flexibel

Erkennbar ist also, dass es einen beträchtlichen Unterschied macht, für welches Lasersystem man sich für seine Bandbreite an Anwendungen entscheidet. Auch zukünftige mögliche Anforderungen sollten hier mit in Betracht gezogen werden.

Aufgrund der großen Unterschiede zwischen gepulstem und cw- Schweißen gibt es die Variante der Mehrstufigen Schweißprozesse. Bei diesen Prozessen werden die Vorteile beider Prozesse vereint, sodass sich die Nachteile gegenseitig aufheben. Ein mehrstufiger Schweißprozess könnte beispielsweise Heften, Tiefschweißen und Glätten sein. Diese Option ist oft gewählt um Verzüge bei Bauteilen zu reduzieren oder um eine sehr ebene glatte Schweißnaht zu erhalten. Ein anderer Anwendungsfall ist bei Bauteilen, die keine hohen Verfahrgeschwindigkeiten zulassen. Die Einschweißtiefe ist abhängig von der Intensität. Haben wir beispielsweise auf einer Rundachse ein Teil mit geringem Durchmesser, können wir im cw nicht die erforderlichen Schweißgeschwindigkeiten erreichen um die entsprechende Leistung umzusetzen, die für einen cw Prozess hier erforderlich wäre. Der Weg der nun gegangen werden kann ist das Bauteil gepulst zu schweißen, auf diese Weise kann über die Leistung und die Pulsdauer die Einschweißtiefe und Schweißnahtbreite eingestellt werden und die Pulswiederholfrequenz an die mögliche Verfahrgeschwindigkeit angepasst werden. Im zweiten Schritt kann nun mit sehr geringer Leistung im cw Prozess oberflächlich umgeschmolzen werden um eine glatte Naht zu erzeugen. Somit wurden die Vorteile beider Prozessvarianten optimal genutzt und die jeweiligen Nachteile kompensiert.

Laserschweißprozesse werden eingestellt anhand von Parametern. Den Einfluss dieser Parameter werden wir in diesem Abschnitt besprechen. Selbstverständlich ist nie ein Parameter allein für eine bestimmte Änderung des Prozessergebnisses zuständig. Alle Parameter sind in irgendeiner Form miteinander verknüpft. Diese Einflüsse und ihre Ausprägung sind letztlich vom individuellen Schweißprozess und dem gewünschten Bearbeitungsergebnisses abhängig. Dennoch soll in diesem Abschnitt ein Verständnis für die Parameter erzeugt werden, da dieses elementar ist, für das generelle Verständnis.

Die Leistung bestimmt über die Intensität, wie tief eingeschweißt werden kann. Sie bestimmt in gleichem Maße auch wie breit ich meinen Strahldurchmesser wählen kann und variiert auf diese weise die Schweißnahtbreite. Ebenso gilt der Zusammenhang, je schneller bei einer gegebenen Einschweißtiefe verfahren wird, desto mehr Leistung wird benötigt.

Der Spotdurchmesser gibt vor, wie breit die Schweißnaht wird und somit auch indirekt, welche Spaltmaße noch verschweißt werden können. Er beeinflusst die Intensität und somit auch die Einschweißtiefe. bei gleicher Leistung gilt, je kleiner der Spot, desto tiefer die Schweißnaht. Ein größerer Spotdurchmesser wird oft erzielt durch das Defokussieren. Das ist meist die praktikabelste Lösung, vor allem bei mehrstufigen Prozessen.

Durch die Fokuslage wird die Nahtgeometrie beim Tiefschweißen eingestellt. Die Dampfkapillare lässt zwar Laserstrahlung tiefer ins Werkstück einstrahlen, schwächt diese aber dennoch ab. Je länger der Weg der Strahlung entlang der Kapillare ist, desto stärker wird sie abgeschwächt. Kompensieren kann man diesen Effekt etwas, indem man den Fokus etwas ins Material hineinlegt. Somit geht entlang der Dampfkapillare trotzdem Leistung verloren, allerdings wird das etwas kompensiert durch die Verringerung des Fokusdurchmessers. Es entstehen auf diese weiße homogenere Schweißnahtquerschnitte entlang der Schweißnahttiefe.
Auch wird die Poren- und Lunkerbildung auf diese Weise beeinflusst, da der Schweißprozess homogener verläuft und auch Spritzerbildung lässt sich auf diese Weise beeinflussen.

Die Pulsdauer $\tau$ gibt an, wie lang der Schweißprozess stattfindet. Sie beeinflusst den Wärmeleitungsanteil der Schweißnaht und auf diese Weise auch die Nahtgeometrie. Außerdem beeinflusst sie auf diese Weise die gesamte ins Werkstück eingebrachte Energie. Bei der Pulsdauer gibt es untere Grenzwerte, da man bei zu geringer Pulsdauer Material abträgt (Bohrprozess) anstatt zu Schweißen.
Bei CW Prozessen gibt es keine Pulsdauer, allerdings kann man hier ein Äquivalent ansetzen zu Vergleichszwecken. Dieses Äquivalent wird aus dem Spotdurchmesser und der Verfahrgeschwindigkeit errechnet und entspricht der Verweildauer. Es wird berechnet, wie lang die selbe Fläche während des CW-Prozesses bestrahlt wird.

Pulsformung beschreibt die Variation der Leistung über den zeitlichen Verlauf eines Pulses. Auf diese Weise können verschiedene Funktionen innerhalb eines Pulses abgedeckt werden. Auf diese Weise können Prozesse feiner abgestimmt werden und stabiler aufgestellt werden.

CW oder QCW Laserpuls, Keine Variation der Leistung über die Zeit

Gaußförmiger Laserpuls, erzeugt durch Blitzlampengepumpte oder Gütegeschaltete Laser

Modulierter Puls mit der Funktion den Schweißprozess zeitlich zu steuern um Poren und Lunker zu vermeiden

Modulierter Puls mit der Funktion den Schweißprozess zeitlich zu steuern und die Beschichtung zu entfernen. Vermeidung von Anbindungsfehlern, Poren und Lunkern.

Die Pulswiederholfrequenz f gibt an, wie viele Pulse pro Sekunde ausgegeben werden. Auf diese Weise wird sowohl der Wärmeeintrag als auch die erreichbare Verfahrgeschwindigkeit durch diesen Parameter beeinflusst. So kann in Verbindung mit der Pulsdauer der Duty-Cycle errechnet werden. $\frac{f} {\tau} * 100 \%= DC$
Dieser gibt an, in wieviel Prozent der Zeit Strahlung ausgegeben wird. Je größer dieser Wert wird, desto kürzer werden die Zeiträume, in denen der Schweißbereich seine aufgenommene Wärmeenergie abgeben kann. Somit wird die durchschnittliche Temperatur und damit die Wärmebeeinflussung in dem Bereich erhöht.
Die Limitierung der Verfahrgeschwindigkeit durch die Pulswiederholfrequenz resultiert aus dem benötigten Pulsabstand $p= \frac {v}{f}$ .

Das Wobbeln beschreibt das Pendeln des Laserstrahls in einem kleinen Bereich. Diese Technologie wird zumeist mit Hilfe von Scanner- oder Schwingspiegeln umgesetzt. Auf diese Weise kann die Schweißnahtbreite variiert werden. Ebenfalls ermöglicht diese Technologie, mit vergleichsweise geringen Leistungen Schweißnähte hoher Einschweißtiefe und Nahtbreite zu erzeugen. Man nutzt einen kleinen Fokusdurchmesser um hohe Intensitäten zu erhalten (hohe Einschweißtiefe) und Wobbelt den Strahl um die Nahtbreite zu erhöhen.
Beim Wobbeln gibt es im wesentlichen 2 nennenswerte Parameter: die Amplitude und die Frequenz. Diese Parameter können für jeden eingesetzten Spiegel gesetzt werden um unterschiedlichste Wobblemuster zu erzeugen und in Folge verschiedene Effekte zu erzielen.

Die räumliche Strahlformung und die Nutzung von Mehrstrahlprozessen oder Tandemverfahren ist sehr kompliziert zu handhaben und kaum zu verallgemeinern. Diese Dinge kommen zur Anwendung bei schwer schweißbaren Materialpaarungen und Geometrien oder beim skalieren von Prozessen.
Die räumliche Strahlformung wird genutzt um den Wärmeeintrag in das Bauteil auf dessen Wärmeverlust abzustimmen. Auch die Geometrie der Schweißwurzel kann auf diese Weise beeinflusst werden. Gleiches gilt für die Nutzung mehrerer Laserstrahlen oder anderer Energiequellen. (z.B. ein Lichtbogen). Da der Einsatz mehrerer Strahlen bzw. mehrerer Energiequellen sehr spezifisch sind, schauen wir uns nur die Funktionen an, die sie erfüllen. Diese sind Vorwärmen, Wärmeleitungsschweißen & Tiefschweißen, Energiedissipation vermeiden um die Stelle an der die Tiefschweißung stattfindet soll, Glätten und Nachwärmen. Diese Mechanismen verringern entweder das Auftreten von Anbindungsfehlern und Rissen, Poren und Lunkern, stellen Gefügeveränderungen ein oder steigern die Produktivität.

Die Schweißgerechte Konstruktion ist entscheidend für das Gelingen des späteren Schweißprozesses. Sie beinhaltet die geometrischen Eigenschaften der Werkstücke, aber auch die Materialauswahl und Toleranzen. Werden Bauteile konstruiert ist es entscheidend den Herstellungsprozess mitzudenken. Das gilt für alle Fertigungsverfahren. Der Erfolg des Laserschweißens im speziellen ist davon extrem abhängig, da die Spaltüberbrückbarkeit eingeschränkt ist und die Zugänglichkeit zur Schweißnaht für einen Laserstrahl geeignet sein muss. Außerdem muss auf den Einfluss von Wärmestau geachtet werden, da beim Laserschweißen häufig sehr dünne Fügepartner oder sehr komplexe Geometrien mit sehr hohen Geschwindigkeiten bearbeitet werden. Es wird folglich sehr viel Energie in kurzer Zeit eingebracht, was bei unzureichender Auslegung der Bauteile die hohen Qualitätsansprüche an eine Lasergeschweißte Naht nicht erfüllbar macht.

Bezeichnung	Positioniert	Gefügt
Stumpfstoß
Überlappstoß
Stumpfstoß Kehlnaht
Stumpfstoß Bördelnaht
T-Stoß Kehlnaht
Axialrundnaht
Radialrundnaht

Der Wärmestau spielt bei der Konstruktiven Auslegung von Teilen fürs Laserschweißen eine große Bedeutung. Aufgrund der im oberen Teil besprochenen Eigenschaften und Phänomene beim Laserschweißen arbeitet man häufig „schneller als die Wärmeleitung“. Verfahrgeschwindigkeiten von einigen 100 mm/s sind keine Seltenheit. Ein Nebeneffekt dieser Eigenschaft ist wiederum auch, dass das Teil bei geschlossenen Konturen mit unter noch sehr heiß ist, wenn der Laserstrahl seine Kontur beendet. Verbrennungen und Überhitzungseffekte, wie Verzug, Versprödung oder ungewünschte Gefügeänderungen sind die Folge. Da das Laserschweißen häufig bei miniaturisierten Bauteilen Anwendung findet, können geschlossene Konturen in einigen Millisekunden bis einigen wenigen Sekunden geschweißt werden. Auf den Effekt des Wärmestaus sollte aber auch bei großen Teilen geachtet werden, da hier zumeist sehr hohe mittlere Leistungen Anwendung finden. So sollte im Allgemeinen bei der Wahl der Schweißreihenfolge dieses Verhalten berücksichtigt werden.

Beim Laserschweißen sind ähnlich wie beim herkömmlichen Schweißen Beschichtungen nicht optimal und es sollte nach Möglichkeit versucht werden, die Beschichtung nach dem Schweißen aufzubringen. Dies ist jedoch nicht immer möglich, deshalb versuchen wir uns hier einige Grundlegende Überlegungen und Beobachtungen zum Thema Beschichtung anzuschauen.
Beim Laserschweißen ist es zunächst egal, ob eine Beschichtung elektrisch Leitfähig ist oder nicht. Es ist entscheidender, ob die Beschichtung den Laserstrahl absorbiert, transmittiert oder reflektiert. Reflektiert die Beschichtung den Laserstrahl, so ist das einkoppeln des Strahls schwierig bis nahezu unmöglich, abhängig vom Reflektionsgrad der Beschichtung. Man kann versuchen hier im gepulsten Betrieb oder generell mit mehr Leistung zu arbeiten, aber das Ergebnis wird ohne aufwendige sensorische Regelung des Schweißprozesses nicht an die gewohnte Qualität eines Laserschweißprozesses kommen.
Bei einer absorbierenden Beschichtung, kann es eine Möglichkeit sein, die Beschichtung zu nächst mit einer Überfahrt zu entfernen (Verdampfen) und im Anschluss zu Schweißen.
Transmittiert die Beschichtung, so ist nur entscheidend, ob sie niedrigschmelzender oder höherschmelzender als der Grundwerkstoff ist. Ist sie niedrigschmelzender und vielleicht sogar bereits in der Gasphase, wenn der Grundwerkstoff schmilzt, dann wird sie einfach verdampft. Ist das nicht der Fall, so sollte man damit rechnen, dass die Beschichtung ebenfalls Bestandteil der Schweißnaht wird, was mit unter veränderten Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit führen kann. Dieser Effekt kann sogar positiv genutzt werden. Bei der Anwendung verzinkter Stähle kann der Schweißprozess so ausgeführt werden, dass das Zink auf der Schmelze aufschwimmt und wieder korrosionshemmende Eigenschaften bietet. Ist die Beschichtung höherschmelzend, so bleibt sie zwar erhalten, allerdings kann das beim Schweißen verdampfte Material aus dem Grundwerkstoff nicht ausgasen und es werden sich starke Drücke ergeben, Poren in der Schweißnaht und aufgeplatzte Stellen der Beschichtung werden die Folge sein.
Werden zwei Beschichtete Teile aneinandergeschweißt, so sollte darauf geachtet werden, dass die Beschichtungen durch die Geometrischen Gegebenheiten ausgasen können oder der Prozess sollte so gestaltet werden, dass der Dampf durch die Dampfkapillare mit austreten kann.

Das Prozessgas hat mehrere unterschiedliche Auswirkungen auf den Schweißprozess und das Endergebnis. Bei manchen Schweißprozessen werden inerte oder reaktionsträge Schutzgase verwendet, um das geschmolzene Metall vor einer Oxidation durch den in der Umgebungsluft vorhandenen Sauerstoff zu schützen. Hier werden die Elemente der achten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, die sogenannten Edelgase, wie Helium, Argon und Neon verwendet. Diese beeinflussen jedoch nicht nur die Oxidation, in dem sie den Sauerstoff von der Schmelzbadoberfläche verdrängen, sondern auch das beim Tiefschweißen entstehende Plasma. Aufgrund ihrer hohen Ionisierungsenergien erhöhen sie die Rekombinationsrate des Plasmas und verringern somit die in ihm befindliche Dichte der freien Ladungsträger. Allerdings ist sowohl Helium als auch Neon sehr teuer im Vergleich zu Argon. Argon hat des Weiteren den Vorteil schwerer zu sein als Luft, wodurch es besser über die Werkstückoberfläche und auch in Spalten fließt. Bei der Verwendung eines Prozessgases wird zusätzlich die Plasmafackel durch den Gasdruck verformt und in Richtung des Gasstromes weggedrückt. Auf diese Weise wird der Prozess vor der sogenannten Plasmaabschattung bewahrt. Hierbei absorbieren die freien Ladungsträger im Plasma die einfallende Laserstrahlung bereits über der Oberfläche zunehmend stärker und ein Abbruch des Prozesses ist die Folge, da nicht mehr ausreichend Material in der Schweißnaht verdampft wird und die Dampfkapillare zusammenfällt.
Durch die Zugabe von Wasserstoff oder Sauerstoff im einstelligen Prozentbereich, kann die Viskosität der Schmelze gezielt reduziert werden und somit die Wände der Schweißwurzel parallelisiert werden. Dieser Effekt beruht auf der Marangoni-Konvektion. Diese beschreibt, dass die Oberflächenspannung einer Schmelze von der sie umgebenden Atmosphäre abhängig ist.

Der Laserstrahl kann entweder mit dem Gasstrom über die Oberfläche geführt werden, sogenannt stechend, oder auch entgegen des Gasstromes, sogenannt schleppend. Die stechende Bearbeitung hat den Vorteil, dass die Schmelze ein wenig mehr mit dem Laserstrahl geführt wird, was zu einem ruhigeren Schmelzbad und einer erhöhten Spaltüberbrückbarkeit führt. Diese Art ist eher für Wärmeleitschweißungen geeignet.
Die Schleppende Bearbeitung drückt die Plasmafackel entgegen der Bearbeitungsrichtung, wodurch sie nicht den Nächsten Puls abschattet, diese Art ist eher für das Laserstrahltiefschweißen geeignet. Des Weiteren wird bei der schleppenden Schutzgaszufuhr das Schweißgut weiterhin geschützt und gekühlt. Wodurch anders als bei der stechenden Schutzgaszufuhr eine metallisch glänzende und Oxidfreie Oberfläche erzeugt wird.
Bearbeitet man geschlossene Konturen, hat man bei der seitlichen Schutzgaszufuhr immer das Problem, dass man zwischen schleppender und stechender Zufuhr wechselt, was im Bearbeitungsergebnis durchaus bemerkbar ist. Deshalb gibt es noch die dritte Variante der Koaxialen Schutzgaszufuhr. Diese hat den Vorteil, dass sie Richtungsunabhängig ist. Allerdings beschränkt eine koaxiale Schutzgaszufuhr das Bearbeitungsfeld eines Scanners drastisch, weshalb sie hauptsächlich bei Festschweißoptiken zum Einsatz kommt. Für die scannerbasierte, richtungsunabhängige Schutzgaszufuhr wird meist eine Schutzgaswanne verwendet, in der das Bauteil vollständig von Schutzgasatmosphäre umgeben ist. Sowohl bei der koaxialen Version, als auch bei der Wanne wird jedoch die Plasmafackel nicht gezielt weggedrückt, wodurch die beschriebene Plasmaabschirmung auftritt.

Das Formiergas ist ebenfalls ein Schutzgas, welches jedoch an der Unterseite der Schweißnaht geführt wird. Auf diese Weise wird zum einen die Schweißwurzel gekühlt und vor Oxidation geschützt, aber auch ein Durchsacken der Schmelze durch den Spalt verhindert. Gerade bei Stumpfstößen oder Überlappstößen bei denen das Material vollständig durchgeschweißt werden soll, aus Gründen der Festigkeit oder Qualitätsüberwachung, ist der Einsatz von Formiergas empfohlen.

Das Laserstrahlschweißen von Kupfer im Vakuum (LaVa-Schweißen) steigert die Prozessstabilität und Qualität erheblich, besonders bei hoher Wärmeleitfähigkeit des Materials. Durch den reduzierten Umgebungsdruck wird die Dampfkapillare stabilisiert und die Bildung von Spritzern, Poren und Rissen vermieden, während tiefe, schlanke Nähte bei geringerem Energiebedarf ermöglicht werden. Aufgrund der Vakuumatmosphäre wird außerdem die Oxidation der Schweißnaht verhindert. Aufgrund des Vakuums findet allerdings auch keine Kühlung der Bauteile durch Wärmeleitung und Konvektion an die Umgebungsatmosphäre statt. Das hat zum einen den verringerten Energiebedarf zur Folge, allerdings überhitzen die Bauteile dadurch entsprechend auch leichter, was unbedingt bei der Wahl des Prozesses und der Parameter berücksichtigt werden muss.

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