Wie funktioniert Laserschweißen?

Laserschweißen ist eine moderne, hochpräzise Technik, die Branchen von der Luft- und Raumfahrt bis zur Automobilindustrie verändert.

Mit einem stark fokussierten Laserstrahl können Materialien mit beeindruckender Genauigkeit und minimalem Wärmeverzug verbunden werden – in vielen Fällen deutlich überlegen gegenüber klassischen Schweißverfahren.

Laserschweißen wird branchenübergreifend eingesetzt, weil es effizient, schnell und qualitativ hochwertig ist.

Aber wie genau funktioniert diese Technologie – und was unterscheidet sie von anderen Schweißverfahren?

In diesem Artikel erklären wir den Laserschweißprozess, betrachten die verschiedenen Betriebsarten und zeigen, warum er sich schnell als bevorzugte Lösung für viele industrielle Anwendungen etabliert.

Ob Sie als Ingenieur Ihr Wissen erweitern möchten oder als Unternehmer überlegen, Laserschweißen in Ihre Prozesse zu integrieren: Das Verständnis der zugrunde liegenden Technik ist entscheidend, um das volle Potenzial auszuschöpfen.

Der Laserschweißprozess erklärt

Laserschweißen ist ein hocheffizientes und präzises Verfahren, das die gebündelte Energie eines Laserstrahls nutzt, um Materialien zu verbinden.

Dieser berührungslose Prozess reduziert viele typische Probleme klassischer Schweißverfahren, z. B. starken Wärmeverzug und den Bedarf an Zusatzwerkstoffen. Im Folgenden finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Übersicht, wie Laserschweißen funktioniert:

1. Positionierung

Der erste Schritt beim Laserschweißen ist das Positionieren der zu verbindenden Metallteile. Die Materialien werden sorgfältig ausgerichtet – meist mit Vorrichtungen oder automatisierten Systemen –, damit sie perfekt zusammenpassen. Sobald die Teile fixiert sind, wird der Laserstrahl auf den Fügebereich fokussiert.

©MimoWork Laser - YouTube.com

Eine Laserschweißmaschine nutzt ein optisches System aus Spiegeln und Linsen, um den Laser punktgenau zu führen.

In automatisierten Anlagen definiert das Steuerungssystem den Verlauf, die Geschwindigkeit und die Leistung des Laserstrahls im Voraus – unter Berücksichtigung von Faktoren wie Materialtyp, Materialstärke und Laserwellenlänge.

Sind die Materialien positioniert und die Parameter eingestellt, startet der Schweißprozess.

2. Schmelzen

Trifft der fokussierte Laserstrahl auf das Metall, wird seine Energie an der Oberfläche absorbiert, wodurch die Temperatur sofort ansteigt.

Durch die hohe Intensität erreicht das Material nahezu augenblicklich seinen Schmelzpunkt. Beim Erhitzen beginnt es zu schmelzen und bildet an der Fügestelle ein Schmelzbad.

Dieses schnelle Aufschmelzen ist entscheidend für die Effizienz des Laserschweißens. Im Gegensatz zu klassischen Verfahren, bei denen sich die Wärme stärker über das Metall verteilt, bündelt Laserschweißen die Wärme in einem kleinen, konzentrierten Bereich – dadurch sinkt das Risiko von Verzug oder Verformung im umliegenden Material.

3. Verschmelzen

Sobald das Metall zu schmelzen beginnt, bildet sich an der Fügestelle ein Schmelzbad, in dem beide Materialteile zusammenkommen. Der Laserstrahl bewegt sich entlang der Naht und schmilzt nach und nach weiteres Material, sodass ein durchgehendes Schmelzbad entsteht. Beim Schmelzen beginnen sich die Moleküle der Metalle zu vermischen und verschmelzen die beiden Werkstücke zu einer Verbindung.

Um die Nahtqualität sicherzustellen, wird ein Schutzgas (häufig Argon, Helium oder CO₂) zugeführt, das das flüssige Material vor Verunreinigung und Oxidation schützt. Das Schutzgas verhindert, dass die frisch entstehende Naht mit der Umgebungsluft reagiert, und sorgt so für eine saubere, feste Verbindung.

4. Erstarren

Während sich der Laserkopf weiterbewegt, kühlt das Schmelzbad ab und erstarrt. Das Abkühlen erfolgt schnell, und nach dem Erstarren ist die Verbindung fertig.

Da Laserschweißen nur wenig Wärme einbringt und die Energie stark gebündelt ist, bleibt die Wärmeeinflusszone (WEZ) – der Bereich um die Naht – klein. Das hilft, die Materialeigenschaften zu erhalten.

Das Ergebnis ist eine glatte, starke und langlebige Schweißnaht mit minimalem Verzug oder Verformung – ideal für Präzisionsarbeiten, bei denen Form und Eigenschaften des Materials erhalten bleiben müssen.

Betriebsarten beim Laserschweißen: Wärmeleitung vs. Keyhole

Laserschweißen arbeitet in zwei Hauptmodi: Wärmeleitungsschweißen und Keyhole-Schweißen. Jeder Modus hat eigene Merkmale, und das Verständnis der Unterschiede ist wichtig, um den passenden Ansatz für Ihre Anforderungen zu wählen. Im Folgenden erklären wir beide Modi und wie sie den Prozess beeinflussen.

Wärmeleitungsschweißen

Wärmeleitungsschweißen basiert auf Wärmeleitung. Statt tief in das Material einzudringen, erhitzt der Laserstrahl die Oberfläche, und die Wärme verteilt sich gleichmäßig in alle Richtungen. Das führt zu geringer Einbrandtiefe und eignet sich ideal für dünne Materialien oder Werkstoffe mit niedrigem Schmelzpunkt.

©The Weld Nugget - YouTube.com

Wichtige Merkmale

• Geringe Einbrandtiefe: Die Laserenergie schmilzt nur die Oberfläche des Materials. Daher wird Wärmeleitungsschweißen vor allem bei dünnen Blechen oder Anwendungen eingesetzt, bei denen Präzision zählt, z. B. in Elektronik, Schmuck und bei leichten Materialien.
• Niedrige Leistungsdichte: Der Laserstrahl ist weniger intensiv als beim Keyhole-Schweißen, sodass weniger Leistung erforderlich ist, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
• Glatte, ästhetische Schweißnähte: Durch die geringe Einbrandtiefe und die kontrollierte Wärmeverteilung entstehen feine, glatte und optisch ansprechende Nähte. Auch die Wärmeeinflusszone (WEZ) bleibt minimal, was das umliegende Material schont.
• Langsamer Prozess: Die Schweißgeschwindigkeit ist in der Regel geringer als beim Keyhole-Schweißen, da die Einbrandtiefe klein ist. Die hohe Präzision macht es jedoch ideal für filigrane oder empfindliche Arbeiten.

Anwendungen

• Schmuckschweißen
• Elektronikbauteile
• Automobilteile (dünne Bereiche)
• Präzisionsinstrumente

Keyhole-Schweißen

Keyhole-Schweißen nutzt dagegen einen Laserstrahl mit hoher Leistungsdichte, der tief in das Material eindringt. Wenn der Laserstrahl die Oberfläche erhitzt, schmilzt und verdampft ein Teil des Materials, wodurch ein „Keyhole“ entsteht – eine kleine Kavität im Material. Dieses Keyhole wird mit flüssigem Metall gefüllt und erzeugt eine starke, tiefe Schweißnaht.

Wichtige Merkmale

• Tiefe Einbrandtiefe: Der Laserstrahl schmilzt sich durch das Material und verdampft dabei weiterhin einen Teil, wodurch ein tiefes Keyhole entsteht. Das ermöglicht starke Verbindungen auch bei dickeren Materialien und macht Keyhole-Schweißen ideal für Metalle mit hohem Schmelzpunkt und massive Bauteile.
• Hohe Leistungsdichte: Die hohe Intensität des Lasers ist nötig, um Material zu verdampfen und das Keyhole zu erzeugen – dadurch ist Keyhole-Schweißen energieintensiver als das Wärmeleitungsschweißen.
• Starke, langlebige Schweißnähte: Durch die tiefe Einbrandtiefe und die feste Verbindung im Schmelzbad entstehen extrem robuste Nähte, die hohen Belastungen standhalten.
• Mögliche Defekte: Obwohl Keyhole-Schweißen eine sehr feste Verbindung erzeugt, kann es bei ungenauer Prozessführung zu Porosität oder Einbrandkerben kommen. Grund ist die starke Wärmeeinwirkung, die zu übermäßiger Verdampfung und damit zu Hohlräumen oder Unregelmäßigkeiten führen kann.

Anwendungen

• Luft- und Raumfahrtkomponenten (wenn hohe Festigkeit erforderlich ist)
• Strukturbauteile im Automobilbau
• Fertigung von Schwermaschinen
• Rohrschweißen und weitere Anwendungen mit dicken Materialien

Jeder Schweißmodus eignet sich für unterschiedliche Einsatzfälle. Während Wärmeleitungsschweißen ideal für dünne Materialien und filigrane Anwendungen ist, spielt Keyhole-Schweißen bei dickeren, hochfesten Materialien seine Stärken aus. Wenn Sie die Unterschiede verstehen, können Sie die beste Methode für Ihre konkreten Schweißanforderungen wählen.

Im nächsten Abschnitt sehen wir uns die Vorteile des Laserschweißens an – und warum es für die moderne Fertigung eine überlegene Option ist.

Die Vorteile des Laserschweißens

Laserschweißen bietet zahlreiche Vorteile und ist deshalb oft die bevorzugte Wahl gegenüber klassischen Schweißverfahren. Präzision, Geschwindigkeit und Effizienz sind kaum zu übertreffen, und es wird in Branchen von der Automobilindustrie bis zur Elektronik eingesetzt. Schauen wir uns die wichtigsten Vorteile genauer an.

Hohe Präzision und Genauigkeit

Ein herausragendes Merkmal des Laserschweißens ist seine Präzision. Der fokussierte Laserstrahl ermöglicht extrem genaue Schweißungen – selbst in kleinen oder komplexen Bereichen. Die feine Kontrolle über die Strahlbewegung stellt sicher, dass jede Naht exakt ist und Fehler minimiert werden. Dieses hohe Maß an Genauigkeit ist besonders vorteilhaft für Anwendungen wie Elektronikmontage und Schmuckherstellung, wo Präzision entscheidend ist.

Außergewöhnliche Schweißnahtqualität

Laserschweißen erzeugt hochwertige Schweißnähte bei minimalem Verzug. Da der Laser seine intensive Energie auf einen sehr kleinen Bereich konzentriert, wird das umliegende Material nicht übermäßig erhitzt. Das ergibt eine glatte, saubere Verbindung mit einer kleinen Wärmeeinflusszone (WEZ). Dadurch ist kaum bis gar keine Nachbearbeitung nötig, und die Nahtqualität ist häufig besser als bei Verfahren wie WIG- oder MAG-Schweißen.

Höhere Schweißgeschwindigkeit

Laserschweißen ist deutlich schneller als traditionelle Schweißtechniken. Der gebündelte Laserstrahl erhitzt das Material sehr schnell, sodass der Prozess in einem Bruchteil der Zeit abgeschlossen ist, die andere Methoden benötigen. Das steigert die Produktionseffizienz – besonders in Umgebungen mit hohen Stückzahlen. Durch Automatisierung lässt sich die Geschwindigkeit zusätzlich erhöhen, was Laserschweißen ideal für Branchen mit kurzen Durchlaufzeiten macht.

Minimale Wärmeeinflusszone (WEZ)

Die stark fokussierte Energie des Lasers führt zu einer minimalen Wärmeeinflusszone. Die WEZ ist der Bereich um die Naht, der während des Prozesses durch Wärme beeinflusst wird. Beim klassischen Schweißen kann sich die Wärme über eine große Fläche ausbreiten und Verzug, Spannungen oder Änderungen der Materialeigenschaften verursachen.

Beim Laserschweißen bleibt die Wärme auf einen kleinen Bereich konzentriert, wodurch das Risiko unerwünschter Strukturveränderungen sinkt. Das macht es ideal für dünne Materialien oder empfindliche Komponenten, bei denen die Materialintegrität erhalten bleiben muss.

Vielseitigkeit bei Materialien

Laserschweißen ist vielseitig und eignet sich für viele Materialien – darunter Metalle, Kunststoffe und sogar unterschiedliche Materialkombinationen. Typische Metalle sind Stahl, Aluminium, Kupfer und Edelmetalle.

Die Möglichkeit, unterschiedliche Materialien zu verbinden, ist besonders vorteilhaft in Branchen wie dem Automobilbau, wo oft mehrere Metalle in einer Konstruktion kombiniert werden. Diese Flexibilität gilt auch für verschiedene Materialstärken, die mit den passenden Lasereinstellungen zuverlässig geschweißt werden können.

Niedrige Betriebskosten

Auch wenn die Anschaffung eines Laserschweißsystems teuer sein kann, sind die Betriebskosten langfristig oft niedriger. Laserschweißgeräte arbeiten sehr effizient und verbrauchen durch den gebündelten Strahl meist weniger Energie als klassische Verfahren.

Der Bedarf an Zusatzwerkstoffen ist geringer, und der Wegfall von Nachbearbeitung spart zusätzlich Zeit und Kosten. Außerdem reduziert die gute Automatisierbarkeit den Bedarf an manueller Arbeit – und senkt die Kosten weiter.

FAQs

Ist Laserschweißen so stark wie MAG-Schweißen?

Laserschweißen kann genauso stark wie MAG-Schweißen sein – und in manchen Fällen sogar stärker. Die Festigkeit hängt von mehreren Faktoren ab, darunter das zu schweißende Material, der verwendete Lasertyp und die Schweißtechnik.

Bei dickeren Materialien sorgt das Keyhole-Laserschweißen für tiefe Einbrandtiefe und erzeugt robuste, hochfeste Verbindungen, die mit MAG-Schweißnähten vergleichbar sind.

Bei extrem dicken Materialien kann MAG jedoch im Vorteil sein, da es sehr tiefe Schweißnähte erzeugen kann. Insgesamt ist Laserschweißen eine konkurrenzfähige Option für starke, zuverlässige Schweißnähte – besonders in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Kann Laserschweißen bei allen Metallen eingesetzt werden?

Ja, Laserschweißen kann bei vielen Metallen eingesetzt werden. Es ist besonders effektiv bei Stahl, Aluminium, Edelstahl, Titan sowie bei Edelmetallen wie Gold und Silber. Außerdem kann es unterschiedliche Metalle miteinander verbinden – etwas, womit klassische Verfahren teils Schwierigkeiten haben.

So wird Laserschweißen z. B. häufig in der Automobil- und Elektronikfertigung genutzt, wo Bauteile aus unterschiedlichen Materialien gefügt werden müssen. Der Prozess muss jedoch je nach Materialeigenschaften – etwa Schmelzpunkt, Materialstärke und Reflexionsverhalten – sorgfältig eingestellt werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Benötigt Laserschweißen Zusatzwerkstoff?

In den meisten Fällen nicht. Laserschweißen basiert auf Wärmeleitung oder dem Keyhole-Prozess, bei dem das Material direkt aufgeschmolzen und verbunden wird – ohne zusätzliches Material. Das macht es sehr effizient und reduziert Abfall.

In bestimmten Anwendungen – z. B. wenn eine größere Fuge nötig ist oder bei sehr dünnem Material – kann Zusatzwerkstoff zugeführt werden, um die Festigkeit zu erhöhen oder Spalte zu füllen. Ob Zusatzwerkstoff eingesetzt wird, hängt von den Anforderungen der Verbindung und den zu fügenden Materialien ab.

Worin unterscheidet sich Laserschweißen von WIG-Schweißen?

Laserschweißen und WIG-Schweißen sind beide präzise Verfahren, funktionieren aber sehr unterschiedlich. Beim WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas) erzeugt eine nicht abschmelzende Wolframelektrode einen Lichtbogen, der das Material schmilzt. Beim Laserschweißen schmilzt ein gebündelter Laserstrahl das Material.

Ein zentraler Unterschied: Laserschweißen ist schneller und kann bei kleinerer Wärmeeinflusszone (WEZ) höhere Präzision erreichen, während WIG in der Regel langsamer ist und eine größere WEZ erzeugt. Laserschweißen liefert außerdem oft sauberere Nähte mit weniger Nacharbeit – ideal für filigrane Anwendungen. WIG wird dagegen häufig bevorzugt, wenn dickere Materialien manuell und sehr kontrolliert geschweißt werden sollen.

Kann Laserschweißen automatisiert werden?

Ja, Laserschweißen lässt sich sehr gut automatisieren und wird häufig in automatisierte Systeme integriert. Genau das ist einer der Gründe, warum es in der Industrie so beliebt ist.

Präzision und Geschwindigkeit können mit minimalem menschlichem Eingriff gesteuert werden, was die Konsistenz erhöht und die Durchlaufzeit senkt.

Automatisierte Laserschweißsysteme sind besonders verbreitet in der Serienfertigung, z. B. in der Automobil- und Elektronikindustrie, wo Präzision, Tempo und Wiederholgenauigkeit entscheidend sind.

Ist Laserschweißen im Betrieb teuer?

Auch wenn die Anfangsinvestition in ein Laserschweißgerät relativ hoch sein kann, sind die Betriebskosten langfristig meist niedriger als bei klassischen Schweißverfahren.

Laserschweißen ist energieeffizient, da der fokussierte Strahl schnellere Prozesse und einen geringeren Energieverbrauch ermöglicht.

Zusätzlich senken der geringere Bedarf an Zusatzwerkstoffen und die minimale Nacharbeit nach dem Schweißen die laufenden Kosten.

Automatisierung reduziert außerdem den Bedarf an manueller Arbeit und macht Laserschweißen für viele Branchen zu einer kosteneffizienten Option. Die Einsparungen bei Zeit, Material und Lohn können die Anschaffungskosten langfristig ausgleichen.

Fazit

Laserschweißen überzeugt durch unvergleichliche Präzision, Geschwindigkeit und Effizienz. Da es hochwertige, feste Schweißnähte mit minimaler Wärmeeinwirkung erzeugt, ist es in vielen Branchen zur bevorzugten Lösung geworden. Ob Sie die Nahtqualität verbessern oder die Produktion beschleunigen möchten: Laserschweißen bietet Vorteile, die klassische Verfahren oft nicht erreichen.

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