Laserschweißen: Der komplette Leitfaden für Einsteiger

Laserschweißen ist keine neue Technologie. Es wurde erstmals Mitte des 20. Jahrhunderts eingeführt, als frühe Experimente erfolgreich verschiedene Lasertypen zum Schweißen von Metallen einsetzten.

Damals war die Technologie jedoch weder zugänglich noch erschwinglich. Erst Anfang des 21. Jahrhunderts wurde Laserschweißen kosteneffektiv und kommerziell verfügbar.

Seitdem hat es wegen seiner außergewöhnlichen Präzision und der hohen Schweißnahtqualität große Aufmerksamkeit gewonnen.

Aufmerksamkeit gewonnen.In diesem Artikel beleuchten wir die Grundlagen des Laserschweißens, wie der Prozess funktioniert, und betrachten seine Vorteile, Herausforderungen sowie alles, was Sie wissen müssen.

Was ist Laserschweißen?

Laserschweißen ist ein hochpräzises und effizientes Verfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl Metalle und Thermoplaste verbindet. Der Prozess beginnt damit, dass eine Laserquelle einen gebündelten Strahl aussendet, der auf das Material bzw. die Fügestelle gerichtet wird.

Trifft der Strahl auf die Oberfläche, überträgt er Wärme und erhöht die Temperatur sehr schnell. Dadurch schmelzen die Materialien und verschmelzen miteinander – es entsteht eine starke, präzise Schweißnaht.

Für unterschiedliche Anwendungen werden verschiedene Lasertypen eingesetzt, z. B. Faserlaser, CO₂-Laser und Nd:YAG-Laser. Jeder Lasertyp hat eigene Eigenschaften, Vorteile und Grenzen, die je nach Schweißanforderung sorgfältig abgewogen werden sollten.

Laserschweißen wird häufig bei Metallen wie Stahl, Aluminium und Titan sowie bei Thermoplasten eingesetzt.

Einer der wichtigsten Vorteile ist die Präzision: Der Laserstrahl ist extrem fein und beeinflusst nur einen kleinen Bereich, wodurch eine außergewöhnliche Nahtqualität bei minimaler Verformung entsteht.

Außerdem ermöglicht die hohe Energiedichte des Lasers höhere Schweißgeschwindigkeiten – damit zählt Laserschweißen zu den schnellsten verfügbaren Schweißverfahren.

Wie funktioniert Laserschweißen?

Das Grundprinzip jedes Schweißverfahrens ist, genügend Wärme zu erzeugen, um die Materialien zu schmelzen und zu verbinden.

Beim klassischen Schweißen entsteht diese Wärme z. B. durch einen Lichtbogen oder eine Flamme.

Beim Laserschweißen erzeugt ein stark gebündelter Laserstrahl die nötige Wärme – jedoch mit deutlich höherer Präzision und Effizienz.

Wird der Laserstrahl auf das Material gerichtet, erhitzt er eine kleine, konzentrierte Zone sehr schnell, sodass die Temperatur über den Schmelzpunkt steigt.

Beim Schmelzen entsteht ein Schmelzbad, in dem die Materialien zusammenfließen. Sobald das Schmelzbad abkühlt, erstarrt es und bildet eine starke metallurgische Verbindung zwischen den Werkstücken.

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Was Laserschweißen besonders macht, ist die Fähigkeit, einen hochenergetischen Strahl auf eine winzige Fläche zu fokussieren – mit extrem hoher Energiedichte.

Diese schnelle Energiekonzentration lässt die Materialien zügig verschmelzen und verkürzt die gesamte Schweißzeit im Vergleich zu anderen Verfahren.

Die Präzision des Lasers minimiert zudem Wärmeeinzug und Verzug und reduziert das Risiko von Schäden an umliegenden Bereichen.

Leistungsanpassung und Lasertypen

Die Laserleistung lässt sich sehr präzise steuern – das ist entscheidend, da unterschiedliche Materialien unterschiedliche Wärmemengen benötigen.

Die Leistung wird je nach zu schweißendem Material angepasst, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Jeder Lasertyp, etwa Faserlaser oder CO₂-Laser, hat je nach Quelle und Einsatzgebiet eine maximale Leistungsgrenze.

Schutzgas und seine Rolle

Beim Laserschweißen wird ein Schutzgas eingesetzt, um das flüssige Schmelzbad vor Luftbestandteilen wie Sauerstoff und Stickstoff zu schützen.

Typische Schutzgase sind Inertgase wie Argon und Helium, außerdem Stickstoff und teils CO₂. Diese Gase schaffen eine Schutzatmosphäre um die Naht, damit das Schmelzbad stabil bleibt und die Verbindung eine hohe Qualität erreicht.

Zusatzwerkstoffe beim Laserschweißen

Im Unterschied zum klassischen Schweißen braucht Laserschweißen meist keine Zusatzwerkstoffe. Die Materialien können direkt ohne zusätzliche Stoffe verbunden werden. In manchen Fällen – etwa um Spalte zu füllen oder die Festigkeit zu erhöhen – können jedoch Zusatzwerkstoffe verwendet werden.

Arten des Laserschweißens

Laserschweißen lässt sich je nach Prozess in zwei Hauptarten einteilen: Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen (Keyhole-Schweißen). Beide haben eigene Vorteile und eignen sich je nach Material und gewünschtem Ergebnis für unterschiedliche Anwendungen.

Wärmeleitungsschweißen

Wie der Name sagt, beruht das Wärmeleitungsschweißen auf Wärmeleitung, um das Material zu schmelzen. Trifft der Laserstrahl auf die Oberfläche, verteilt sich die Wärme gleichmäßig, sodass das Material schmilzt, ohne tief in das Werkstück einzudringen. Das macht es ideal für Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt.

Bei diesem Verfahren wirkt die Laserwärme nur an der Oberfläche – mit geringer Einbrandtiefe und ohne Verdampfung.

Das Ergebnis ist eine saubere, optisch ansprechende Schweißnaht mit einer minimalen Wärmeeinflusszone (WEZ). Die geringe WEZ sorgt dafür, dass das Material um die Naht herum weitgehend unbeeinflusst bleibt und seine Festigkeit und Eigenschaften behält.

Da mit niedriger Leistung gearbeitet wird und der Prozess langsam sowie sehr kontrolliert abläuft, ist Wärmeleitungsschweißen ideal für hochpräzise Anwendungen.

Typisch ist der Einsatz z. B. in Schmuck, Elektronik und Medizintechnik, wo feine Details und eine glatte Oberfläche gefragt sind.

Durch den geringeren Leistungsbedarf sind die Anlagen fürs Wärmeleitungsschweißen außerdem oft kompakt und kosteneffektiv.

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Allerdings ist dieses Verfahren nicht für dicke Materialien oder Werkstoffe mit hohem Schmelzpunkt geeignet, da es nur eine geringe Einbrandtiefe erzielt und im Vergleich zum Keyhole-Schweißen eine weniger belastbare Naht entsteht.

Keyhole-Schweißen

Beim Keyhole-Schweißen wird ein hochenergetischer Laser eingesetzt, um eine tiefe Einbrandtiefe im Material zu erzeugen. Während der Laser das Material erhitzt, steigt die Temperatur über den Schmelzpunkt hinaus, sodass nicht nur Schmelzen, sondern auch Verdampfen auftritt. Durch diese Verdampfung entsteht eine schmale Hohlform, das sogenannte „Keyhole“.

Das Schmelzbad bildet sich zwischen den Keyhole-Wänden, fließt mit der Vorwärtsbewegung des Lasers und füllt die Spalte. Sind die Spalte zu tief, kann Zusatzwerkstoff zugeführt werden, um eine solide Verbindung sicherzustellen und Unregelmäßigkeiten zu vermeiden. Dieser Tiefschweißprozess erfordert eine leistungsstarke Laserquelle, die sehr hohe Energie bereitstellen kann.

Keyhole-Schweißen wird typischerweise für dickere Materialien und Werkstoffe mit höherem Schmelzpunkt eingesetzt und eignet sich für Heavy-Duty-Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt sowie Automobilfertigung.

Das Ergebnis ist eine starke, langlebige Schweißnaht – daher ist es die bevorzugte Wahl, wenn Festigkeit und Lebensdauer entscheidend sind.

Allerdings hat Keyhole-Schweißen auch eine größere Wärmeeinflusszone (WEZ), die Spannungen im Material verursachen und leichtere oder empfindlichere Werkstoffe beschädigen kann.

Vorteile und Nachteile

Laserschweißen ist in Branchen beliebt, in denen Präzision, Geschwindigkeit und Qualität entscheidend sind.

Obwohl es gegenüber klassischen Schweißverfahren viele Vorteile bietet, bringt es auch eigene Herausforderungen mit sich.

In diesem Abschnitt betrachten wir die wichtigsten Vorteile, die Laserschweißen in vielen Anwendungen zur bevorzugten Wahl machen, sowie mögliche Einschränkungen, die bei der Auswahl des passenden Verfahrens für ein bestimmtes Projekt berücksichtigt werden sollten.

Vorteile:

• Unglaubliche Präzision
  Laserschweißen bietet eine unvergleichliche Präzision. Leistung, Frequenz und weitere Parameter lassen sich genau steuern, sodass kleine und empfindliche Teile – etwa in Elektronik oder Schmuck – exakt geschweißt werden können. Diese hohe Präzision sorgt für saubere, genaue Nähte bei minimalem Verzug.
• Außergewöhnliche Geschwindigkeit
  Dank der hohen Leistungsdichte des Lasers lassen sich Schweißverbindungen in einem Bruchteil der Zeit herstellen, die klassische Verfahren benötigen.
  
  Der Laser bringt das Material nahezu sofort auf Schmelztemperatur. Zudem ist der Prozess sehr gut automatisierbar, z. B. mit Robotersystemen, was Geschwindigkeit und Effizienz weiter erhöht.
• Minimale Wärmeeinflusszone (WEZ)
  Laserschweißen kann den Strahl auf einen sehr kleinen Bereich fokussieren. Diese Wärmekonzentration führt zu geringer Wärmeeinwirkung auf das umgebende Material, senkt das Risiko von Schäden an benachbarten Komponenten und minimiert die Wärmeeinflusszone (WEZ)..
• Saubere, glatte Schweißnähte
  Laserschweißen erzeugt sehr saubere, glatte Nähte mit kaum Spritzern oder Verzug. Da nur ein kleiner Bereich betroffen ist, ist Nacharbeit nach dem Schweißen oft nicht nötig – das reduziert Arbeitsaufwand und Zeit fürs Finish.
• Vielseitigkeit
  Ein zentraler Vorteil ist die Eignung für viele Materialien – darunter Metalle, Kunststoffe und sogar unterschiedliche Materialkombinationen. Diese Vielseitigkeit macht Laserschweißen in vielen Branchen attraktiv, von Luft- und Raumfahrt bis Medizintechnik.
• Niedrige Betriebskosten
  Laserschweißen ist für viele Anwendungen kosteneffektiv. Es benötigt in der Regel keine Zusatzwerkstoffe, und der Energieverbrauch ist durch den fokussierten Strahl vergleichsweise gering.
  
  Zusätzlich steigert die hohe Prozessgeschwindigkeit die Produktivität, und da kaum Nachbearbeitung nötig ist, sinken die Gesamtkosten weiter.

Nachteile

• Hohe Anschaffungskosten
  Die Anfangsinvestition für Laserschweißmaschinen kann erheblich sein. Diese Maschinen sind teurer als klassische Schweißgeräte, und die Kosten steigen mit leistungsstärkeren Lasersystemen und erweiterten Funktionen. Für kleinere Unternehmen kann das eine Hürde sein.
• Sicherheitsaspekte
  Die hohe Energie des Laserstrahls erfordert einen sorgfältigen Umgang. Bei unsachgemäßer Bedienung kann es zu schweren Verletzungen kommen. Geeignete Sicherheitsmaßnahmen und Schutzausrüstung sind notwendig, um die Sicherheit der Bediener während des Prozesses zu gewährleisten.
• Begrenzte Einbrandtiefe
  Laserschweißen dringt in der Regel nicht so tief ein wie traditionelle Schweißverfahren. Das kann bei bestimmten Anwendungen problematisch sein, besonders bei dicken Materialien oder wenn tiefe Schweißnähte erforderlich sind. Faktoren wie der fokussierte Laserpunkt und Materialeigenschaften tragen zu dieser Herausforderung bei.
• Materialeinschränkungen
  Einige Materialien eignen sich weniger gut fürs Laserschweißen, insbesondere solche mit hoher Reflexion oder hoher Wärmeleitfähigkeit. Werkstoffe wie Aluminium und Kupfer können ohne Spezialausrüstung schwierig sein und sind daher mit Standard-Laserschweißprozessen oft weniger kompatibel.
• Erfordert Spezialkenntnisse
  Die Bedienung einer Laserschweißmaschine ist nicht so unkompliziert wie beim klassischen Schweißen. Bediener müssen sich mit Faktoren wie Leistungsstufen, Laserwellenlänge und Materialverträglichkeit auskennen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Eine solide Schulung und Erfahrung sind dafür entscheidend.

Anwendungsbereiche

Luft- und Raumfahrt

Die Luft- und Raumfahrtindustrie benötigt Schweißnähte von höchster Qualität. Für das Fügen teurer Werkstoffe sind höchste Präzision und Genauigkeit erforderlich. Die Naht sollte glatt und sauber sein und zugleich stark genug, um den Bedingungen im Weltraum standzuhalten. Deshalb ist Laserschweißen eine ideale Option.

Da die verwendeten Materialien sehr kostspielig sind, müssen Fehler- und Schadensrisiken minimal sein. Auch Nachbearbeitung wie beim klassischen Schweißen kann das Material beeinträchtigen.

Laserschweißen kann Werkstoffe für Luft- und Raumfahrtprojekte äußerst präzise fügen. Es fokussiert selbst kleinste Bauteile, ohne den umgebenden Bereich zu stören. Die Umgebung wird weder thermisch belastet noch beschädigt. Dadurch eignet es sich besonders für leichte und dünne Materialien und erzeugt zuverlässige, starke Schweißnähte.

Automobilindustrie

In der Automobilindustrie sind starke und saubere Schweißnähte erforderlich. Hohe Festigkeit ist nötig, um extremen Straßenbedingungen standzuhalten, während eine sehr glatte Naht wichtig ist, um die Optik des Fahrzeugs zu erhalten.

Laserschweißen ist eine hervorragende Wahl, weil es präzise und schnell ist und nahezu keine Nachbearbeitung benötigt. Und vor allem: Während des Schweißens verformt es das Material nicht und beeinflusst andere Bereiche nicht. Es ist äußerst präzise und kontrollierbar.

Ein weiterer großer Vorteil ist die hohe Geschwindigkeit. Wegen der hohen Stückzahlen braucht die Automobilindustrie schnelle Prozesse. Laserschweißen spart Zeit und steigert die Produktivität.

Im großen Maßstab wird Laserschweißen genutzt, um Verbindungen an Chassis, Karosserieblechen und weiteren Bauteilen herzustellen. Die Nähte sind glatt und nahezu nahtlos und erfordern nur minimale Nachbearbeitung. Nach dem Lackieren sind sie weder sichtbar noch spürbar und beeinträchtigen die Optik nicht.

Im kleinen Maßstab lassen sich damit auch sehr kleine Verbindungen herstellen, z. B. an elektronischen Komponenten. Der Laser kann winzige Bereiche gezielt bearbeiten, die mit anderen Schweißverfahren kaum erreichbar sind.

Medizintechnik

In der Medizintechnik sind höchste Präzision und Genauigkeit erforderlich. Chirurgische Instrumente sind z. B. sehr komplex und bestehen aus winzigen Komponenten. Sie benötigen eine äußerst sorgfältige Schweißung, ohne den benachbarten Bereich des Instruments zu beeinflussen. Deshalb ist Laserschweißen eine sinnvolle Option: Es erledigt die Aufgabe, ohne empfindliche Teile zu beschädigen oder die Instrumentenqualität zu beeinträchtigen.

Auch medizinische Implantate wie Herzschrittmacher und orthopädische Geräte erfordern saubere, präzise Schweißnähte. Nachbearbeitung ist hier keine Option. Daher wird Laserschweißen bei der Fertigung solcher Implantate eingesetzt, um makellose Ergebnisse zu erzielen.

Laserschweißen ist zudem ideal für die Medizintechnik, weil es ein berührungsloser Prozess ist. Es verunreinigt das Werkstück nicht und unterstützt Sterilität und Hygiene.

Elektronik

Die Elektronikbranche arbeitet mit winzigen Bauteilen, die man nicht einfach mit bloßen Händen handhaben kann. Das Verschweißen auf Leiterplatten oder Chips ist anspruchsvoll und erfordert höchste Präzision und Kontrolle.

Die Wärme darf die empfindlichen Komponenten in der Umgebung nicht beeinträchtigen. Daher ist Laserschweißen die passende Lösung: Es verbindet kleinste Bauteile mit extrem hoher Genauigkeit.

Auch Verbindungen an Sensoren, Aktoren und anderen empfindlichen Geräten werden häufig per Laser hergestellt. Das erzeugt eine sehr saubere und zugleich zuverlässige Schweißnaht.

Vielleicht haben Sie schon Laserschweißpunkte an Lithium-Ionen-Batteriekontakten gesehen: Diese Nähte wirken wie kleine Punkte, schaden der Batterie nicht und brauchen kaum Platz.

Schmuck

Laserschweißen ist für die Schmuckherstellung ideal – dank fokussiertem Strahl, hoher Präzision, exakter Kontrolle und ohne Einfluss auf den umliegenden Bereich. Es ist mit Edelmetallen wie Gold und Silber kompatibel.

Mit Laserschweißen lassen sich filigrane, empfindliche Schmuckstücke sehr leicht fügen. In kürzester Zeit entstehen Schweißnähte von hervorragender Qualität.

Laserschweißen eignet sich, um individuelle Designs in kurzer Zeit umzusetzen, und kann auch unterschiedliche Metalle verbinden. Außerdem wird es für Reparaturen und Größenanpassungen eingesetzt.

Geeignete Materialien für das Laserschweißen

Im Gegensatz zu traditionellen Schweißverfahren, die sich vor allem auf Metalle konzentrieren, ist Laserschweißen sehr vielseitig und kann bei einer breiten Palette von Materialien eingesetzt werden – einschließlich Thermoplasten. Das Verfahren eignet sich für alle Werkstoffe, die sich schmelzen und anschließend wieder erstarren lassen, und ist damit für viele Metalle und Kunststoffe geeignet.

Laserschweißen wird häufig verwendet, um verschiedene Metalle zu verbinden, darunter Stahl, Aluminium und Kupfer. Einer der wichtigsten Vorteile ist die Möglichkeit, unterschiedliche Metalle zu schweißen, z. B. Stahl mit Aluminium oder Edelstahl mit Kohlenstoffstahl.

Das Fügen unterschiedlicher Metalle erfordert jedoch eine sorgfältige Auswahl der Werkstoffe und kann zusätzliche Verfahren wie Laserhartlöten nötig machen, bei dem Zusatzwerkstoffe verwendet werden, um eine stabile Verbindung zu erzeugen.

Metalle:

• Stahl
• Aluminium
• Kupfer
• Nickel
• Titan
• Magnesium
• Gold
• Silber

Kunststoffe:

• Acryl
• Polycarbonat (PC)
• Polyethylen
• Thermoplastisches Polyurethan (TPU)
• Nylon

Die Kompatibilität des Laserschweißens mit so vielen Materialien macht es zu einer vielseitigen und effizienten Lösung für zahlreiche Branchen – von der Automobilindustrie bis zur Elektronik.

Sicherheitsaspekte beim Laserschweißen

Laserschweißen ist ein leistungsstarkes und präzises Verfahren, bringt jedoch aufgrund der hohen Energiedichte des Laserstrahls erhebliche Sicherheitsrisiken mit sich. Wird der Strahl von der Oberfläche reflektiert, kann er die Augen oder die Haut des Bedieners schwer verletzen. Außerdem kann die gebündelte Energie nahegelegene Gegenstände beschädigen und in manchen Fällen sogar Brände auslösen.

Geschlossene Lasermaschinen

Laserschweißmaschinen sollten vollständig geschlossen sein, damit keine Laserstrahlen austreten. So sind Bediener und andere Personen im Umfeld vor unbeabsichtigter Exposition geschützt.

Schutzausrüstung

Bediener müssen geeignete Laserschutzbrillen und Schutzkleidung tragen, die den Sicherheitsstandards entspricht. Diese Ausrüstung ist entscheidend, um Augen- und Hautverletzungen durch die starke Laserenergie zu vermeiden.

Brandschutz

Es ist wichtig, brennbare Materialien vom Schweißbereich fernzuhalten, da sie leicht entzünden können. Die Anlage sollte mit der notwendigen Brandschutzausrüstung ausgestattet sein, um potenzielle Brandgefahren schnell zu beherrschen.

Rauch- und Partikelabsaugung

Beim Laserschweißen entstehen Dämpfe, die gesundheitsschädlich sein können. Ein gut gewartetes Absaugsystem und ausreichende Belüftung sind erforderlich, um diese Dämpfe sicher abzuführen. Zusätzlich sollten Bediener über geeigneten Atemschutz verfügen, um die Belastung zu minimieren.

Schulung und Notfallmaßnahmen

Bediener sollten umfassend geschult werden, und Sicherheitsabläufe (Standard Operating Procedures, SOPs) sind einzuhalten. Klare Warnhinweise und Notfallprotokolle müssen vorhanden sein, um mögliche Unfälle zu bewältigen.

Weitere Fakten zum Laserschweißen

Wie schneidet Laserschweißen im Vergleich zu anderen Schweißverfahren ab?

Laserschweißen ist ein berührungsloser Prozess, der mit einem gebündelten Laserstrahl die Temperatur des Materials schnell erhöht und es aufschmilzt. Es ist präziser als klassisches Schweißen, erzeugt eine kleine Wärmeeinflusszone und ermöglicht höhere Schweißgeschwindigkeiten. Außerdem kann es eine größere Materialvielfalt fügen.

Wie viel verdient ein Laserschweißer pro Jahr?

Das durchschnittliche Jahresgehalt eines Laserschweißers liegt – je nach Fachwissen, Erfahrung und Branche – bei etwa 36.800 bis 46.000 €.

Welche Materialstärken kann eine Laserschweißmaschine schweißen?

Laserschweißen wird typischerweise für dünne bis mittelstarke Materialien eingesetzt, meist bis etwa 5 mm. Mit leistungsstärkeren Lasern sind auch größere Materialstärken möglich, erfordern jedoch deutlich mehr Energie.

Fazit

Laserschweißen hat sich branchenübergreifend etabliert – dank hoher Präzision, Geschwindigkeit, sauberer Nähte und niedriger Betriebskosten.

Mit dem technischen Fortschritt werden Laserschweißgeräte zunehmend erschwinglicher; inzwischen gibt es auch handgeführte und portable Optionen. Seit der Einführung hat sich die Technologie stark weiterentwickelt und wird in immer mehr Anwendungen zum Standard.

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