Alu Schweißen
BLS-Vorteile beim Alu Schweißen
Gerade beim Alu Schweißen (Alu, Al) oder Kupfer (Cu) sind leistungsstarke Laser, spezifische Laserausstattung wie Spezialoptiken und langjährige Erfahrung bei der Parameterermittlung unerlässliche Voraussetzungen. Die BLS Lasertechnology GmbH unterstützt Sie mit umfangreichem Laser-Know-how von der Parameterermittlung bzw. Grundlagenentwicklung über die Prototypenfertigung bis hin zur Serienfertigung. Dabei sorgen unsere Laser-Spezialisten und Schweißfachingenieure für ein optimales Gesamtergebnis, sowohl in der Applikationsentwicklung und dem Prototypenbau als auch in der Serienproduktion.
Aluminium Laserschweißen
Für Kunden der BLS ist die Bearbeitung von Aluminiumbauteilen vor allem im Zusammenhang mit der E-Mobilität ein aktuell immer stärker in den Fokus rückendes Anwendungsgebiet im Rahmen der Lasertechnik. In Bezug auf das Schweißverfahren unterscheidet sich Aluminium von anderen Metallen (wie etwa Stahl, Eisen oder Kupfer) durch spezifische Materialeigenschaften, wie etwa die hohe Wärmeleitfähigkeit und die hohe Reflektion des Werkstoffs, was zur Herausforderung beim Einkoppeln des Laserstrahls beim Laserschweißen werden kann. Festkörperlaser wie Nd:YAG-Laser oder moderne Faserlaser eignen sich zum Alu Schweißen, weil ihre Wellenlängen vom Werkstoff Aluminium gut absorbiert werden können. Aluminium eignet sich aufgrund des geringen Gewichts optimal für große Kühlsysteme z.B. in der E-Mobilität zur Kühlung von Batteriesystemen.
Erfolgsfaktoren beim Alu Schweißen
Das Laserschweißen von Aluminiumbauteilen erfordert eine auf den Werkstoff angepasste Prozesstechnik. Je nach Zustand des Werkstoffs kann vor dem Alu Schweißen eine gründliche Vorbereitung der Oberflächen der Werkstücke notwendig sein, sei es durch Bürsten, Fräsen und Schleifen oder durch das chemische Entfernen (Beizen) der Oxidschicht.
Des Weiteren ist beim Alu Schweißen die Verwendung von Schutzgasen wie Helium oder Argon notwendig, um eine rasche Oxidation während des Schweißprozesses zu verhindern. Die optimalen Prozessparameter müssen beim Alu Schweißen vorab ermittelt und justiert werden. Im Besonderen gilt die Verwendung von Spezialoptiken als Erfolgsfaktor für eine hohe Nahtqualität und Dichtheit der Schweißnaht. Die BLS arbeitet hier mit der neusten Technologie aus dem Hause Trumpf. Sogenannte Multipostoptiken ermöglichen eine Teilung des Laserstrahls in bis zu vier Fokusse. Diese innovative Technologie ermöglicht es, das Schmelzbad und somit die Schweißnaht zu verbreitern und minimiert zugleich die Porenbildung, um so z.B. eine Gasdichtheit der Schweißnaht sicherzustellen. Zudem verwenden wir bei BLS die Strahlformung-Technologie Brightline Weld aus dem Hause Trumpf. Unsere Erfolgsfaktoren beim Alu Schweißen:
- Leistungsstarker Maschinenpark
- Spezifische Laserausstattung für Alu Schweißen (z.B. Multispotoptiken und Strahlformung Brightline Weld von Trumpf)
- Höchstes Qualitätsniveau durch hochqualifizierte Laser- und Werkstoffexperten
- Diverse Möglichkeiten für Dichtigkeitsprüfungen (u.a. Helium Leck Test)
Laserschweißverfahren: Alu Schweißen mit Lasertechnik
Pulsschweißen
Kurze Laserpulse erzeugen punktuelle Schweißnähte. Dieses Verfahren ist geeignet für dünne Materialien, etwa Aluminiumbleche, oder für sehr präzise Anwendungen.
Durchlaufschweißen
(„Continuous Wave“, CW)
Bei diesem Verfahren sorgt ein kontinuierlicher Laserstrahl für durchgängige Schweißnähte. Damit können v.a. auch dickere Bauteile geschweißt werden.
Wärmeleitungsschweißen
Bei niedrigerer Intensität wird das Metall durch Wärmeleitung aufgeschmolzen, dabei werden besonders glatte Schweißnähte erzeugt.
Tiefschweißen
Bei niedrigerer Intensität wird das Metall durch Wärmeleitung aufgeschmolzen, dabei werden besonders glatte Schweißnähte erzeugt.
Laserschweißen:
Aluminium Laserschweißen im Vergleich
Aluminium zeichnet sich durch eine hohe Oberflächenreflektion und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Dadurch wird die Energieabsorption beim Laserschweißen erschwert und die Bearbeitung erfordert eine höhere Laserleistung als bei anderen Metallen wie etwa Stahl oder Eisen.
Kupfer zeichnet sich ebenfalls durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit und Oberflächenreflektion aus. Die Besonderheit von Kupfer liegt zudem in der elektrischen Leitfähigkeit. Das Kupfer Schweißen mit dem Laser benötigt in der Regel eine höhere Laserleistung als das Alu Schweißen.
Vorteile des Laserschweißens bei Aluminium
- Laserschweißen von Prototypen (Musterfertigung) bis zur Serienfertigung
- Unterstützung bei der Konstruktion des Bauteils für ein optimales Schweißergebnis
- Reinigung der Bauteile durch eine eigene industrielle Reinigungsanlage
- Vorrichtungsbau und Spannsystemen
Geeignete Aluminium-Legierungen für das Laserschweißen
Die meisten Alu-Legierungen sind grundsätzlich laserschweißbar. Die entsprechend den jeweiligen Anforderungen angepassten Aluminium-Knetlegierungen werden nach DIN EN 573-3 in Serien von 1. bis 8. eingeteilt. Schon geringe Zusätze der Legierungselemente Magnesium, Silicium, Kupfer, Zink, Nickel und Mangan ändern die Eigenschaften des reinen Aluminiums stark.
Die Legierungen der 5.-Serie (AlMg) und der 6.-Serie (AlMgSi) sind besonders gut fürs das Laserschweißen geeignet. Auch die hochsiliziumhaltigen Alu-Legierungen aus der Serie 4 lassen sich gut mit Lasertechnik schweißen, da Silizium die Rissbildung reduziert.
Von den aushärtbaren Werkstoffen der Serie 7. können lediglich die kupferfreien Vertreter vom Typ AlZnMg zum Laserschweißen verwendet werden.
Verschiedene Schweißverfahren für Aluminium-Bauteile
Festkörperlaser sind aufgrund ihrer hohen Absorptionsrate für Aluminium-Werkstoffe besonders geeignet. Sowohl Faser als auch YAG Laser ermöglichen das Tiefschweißen, bei dem der Laserstrahl tief in das Material eindringt und tiefe Schweißnähte beim Alu Schweißen erzeugt werden können.
Die höchsten Energiedichten erreicht man grundsätzlich beim Laser- und Elektronenstrahlschweißen. Mit diesen beiden Schweißverfahren sind sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten und sehr schmale Schweißnähte möglich. Dass hier nur eng begrenzte Wärmeeinflusszonen auftreten, wirkt sich positiv auf die Eigenspannung und den Verzug des bearbeiteten Bauteils aus. Der Vorteil von Laserstrahlschweißen im Vergleich zum Elektronenstrahlschweißen liegt darin begründet, dass beim Laserschweißen keine Vakuum-Situation erzeugt werden muss und somit in der Serienproduktion signifikant geringe Zykluszeiten möglich sind.
Für das Laserschweißen mit Zusatzmaterial (auch Laserauftragschweißen oder Laser Metal Deposition genannt) werden in der Regel Schweißdrähte oder Zusatzpulver aus ähnlichen Legierungen wie das Grundmaterial verwendet, um eine bestmögliche Kompatibilität zu gewährleisten. Als Schutzgas wird Argon oder ein Argon-Helium-Gemisch eingesetzt, um Oxidation zu verhindern und die Plasmabildung über der Schmelze zu kontrollieren.
Vorteile der Laserschweißtechnik
bei Aluminium & anderen Metallen
Lasertechnik kann beim Fügen von Metallen wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Titan oder Stahl sowie bei komplexen Formen (2D-/3D-Geometrien) der Bauteile eingesetzt werden. Der Laser sorgt hier für eine sehr hohe Effizienz und für eine kontinuierlich hohe Qualität bei der (seriellen) Verarbeitung. Wegen der automatisierten Führung des Laserstrahls ist die Präzision des Verfahrens und die Wiederholgenauigkeit alternativlos. Durch glatte, saubere Schweißnähte ist ein Einsatz der Bauteile im Sichtbereich möglich. Beim Alu Schweißen ist in vielen Anwendungsgebieten zusätzlich die Dichtheit der Schweißnaht von großer Bedeutung.
Wir beraten
Sie gerne!
Die BLS Lasertechnology GmbH verfügt über alle gängigen Laserschweißverfahren. Wir beraten Sie gerne bei der Auswahl des richtigen Verfahrens unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Schweißnaht und an das jeweils zu bearbeitende Bauteil. Die Qualität und ein optimales Ergebnis stehen dabei immer im Vordergrund. Nehmen Sie Kontakt auf und wir finden gemeinsam eine Lösung für Ihre Fragestellung!
Alu Schweißen, apparative Ausrüstung und Lasertechnik
Die apparative Ausrüstung für das Alu Schweißen umfasst die Laserquelle, ein optisches System für die Strahlführung und Strahlfokussierung, die notwendige Spannvorrichtung zum Fixieren der Bauteile, eine automatische CNC-Steuerung für die Bewegung der Laseroptik (oder des Bauteils) sowie die Schutzgasversorgung, eine Absauganlage und Schutzvorrichtungen bzw. Abschirmblenden nach den Vorgaben des Arbeitsschutzes.
- Als Laserquelle fürs Alu Schweißen dient in der Regel ein Festkörperlaser (z.B. YAG-Laser) oder ein Gaslaser (z.B. CO2-Laser) mit hoher Strahlqualität und Leistung.
- Ein aus Spiegeln oder Glasfaserleitungen bestehendes Strahlführungssystem leitet den Laserstrahl beim Alu Schweißen zur Bearbeitungsstelle.
- Eine aus Linsen und/oder Spiegeln aufgebaute Fokussieroptik fokussiert den Laserstrahl auf die gewünschte Größe und Intensität.
- Zur Laser-Setup gehört eine Spannvorrichtung, welche die Bauteile präzise in Position hält oder ggf. nach CNC-Programm bewegt. Alternativ kann die fliegende Optik mittels CNC-Steuerung im dreidimensionalen Raum „fliegend“ bewegt werden. Die Spannvorrichtungen werden im BLS eigenen Vorrichtungsbau konstruiert und erstellt
Herausforderungen bei Alu Schweißen und Abhilfe
Dicke Materiastärken
Dicke Materialien sind beim Alu Schweißen schwerer zu bearbeiten als dünne. Die Gefahr des Verzugs steigt mit höherem Energieeintrag.
Abhilfe:
Das Laser Set-up und die Parameter sind individuell auf die Anwendung abzustimmen. Die BLS Lasertechnology GmbH ermöglicht durch die Anwendung von Hochleistungslasern in Kombination mit Spezialoptiken und Strahlform-Technologie auch die Verarbeitung von besonders dicken Materialien.
Porenbildung und geringe Nahtqualität
Häufige Probleme beim Alu Schweißen sind Unruhen im Schmelzbad und dadurch entstehende Porenbildung, Auswürfe, Risse und unzureichende Nahtfestigkeit.
Abhilfe:
Diesen Fehlerbildern beim Alu Schweißen lässt sich durch optimierte Prozessparameter, thermische Behandlung des Werkstoffs, Verwendung von Schutzgasen und angepasste Vorschubgeschwindigkeiten sowie durch Spezialoptiken und besondere Strahlformung-Technologie entgegenwirken
Sehr dünne Materialstärken
Bei sehr geringen Materialstärken besteht beim Alu Schweißen die Gefahr des Durchbrennens.
Abhilfe:
Das Laser Set-up und die Parameter sind individuell auf die Anwendung abzustimmen.
Verunreinigungen
Durch den Schweißprozess entstehen beim Alu Schweißen häufig Verunreinigungen
Abhilfe:
Laserschweißnähte können durch mechanische Nachbearbeitung wie z.B. Schleifen oder Polieren veredelt werden.
