Kupfer Schweißen
Erfolgsfaktoren beim Laserstrahlschweißen von Kupfer
Leistungsstarke Laser, eine spezifische Laserausstattung mit Spezialoptik-Systemen sowie die langjährige Erfahrung bei der Parameterermittlung sind unerlässliche Voraussetzungen für das Laserstahlschweißen von Kupfer (Cu). Die BLS Lasertechnology GmbH unterstützt Sie mit umfangreichem Laser-Know-how von der Parameterermittlung bzw. Grundlagenentwicklung über die Prototypenfertigung bis hin zur Serienfertigung. Unsere erfahrenen Laser-Spezialisten und Schweißfachingenieure sorgen beim Kupfer Schweißen für ein optimales Gesamtergebnis, das durch den hauseigenen Vorrichtungsbau und die innovative Laserausstattung effizient umzusetzen ist.
Kupfer Schweißen
(Kupfer Laserschweißen)
Für die Kunden der BLS ist die Bearbeitung von Kupferbauteilen mit Lasertechnik vor allem für stromleitende Werkstücke in der E-Mobilität (Batteriesysteme, Batteriemodule) oder für weitere Bereiche der Elektronik (Steckverbinder, Litzen, Leiterplatten) relevant. Beim Laserstrahl-Schweißverfahren unterscheidet sich Kupfer durch seine spezifischen Materialeigenschaften von anderen Metallen, etwa durch seine sehr gute elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie die hohe Reflektivität im Infrarotbereich.
Grundsätzlich lässt sich Kupfer (Reinkupfer und Kupferlegierungen) mit allen gängigen Laser-Schweißtechniken schweißen. Allerdings sind beim Kupfer Schweißen die richtige Auswahl des Verfahrens und die genaue Justierung der an das Material angepassten Parameter essenziell. Das Einkoppeln des Laserstrahls kann wegen der geringen Absorption der Laserstrahlung im Kupfermetall zu einer Herausforderung werden, denn das optimale „Bearbeitungsfenster“ für die vom Laserstrahl erzeugte Kupferschmelze ist schmal.
Kupfer Schweißen mit innovativer Prozesstechnik
Das Laserschweißen von Kupfer erfordert eine auf den Werkstoff angepasste Prozesstechnik. Je nach Zustand der Bauteile kann vorab eine gründliche Reinigung der Oberflächen notwendig sein, sei es durch Bürsten, Fräsen und Schleifen oder durch das chemische Entfernen (Beizen) der Oxidschicht. Das Vorwärmen des Materials vor dem Schweißvorgang erleichtert die Bildung der Kupferschmelze durch den Laserstrahl, es beugt Verformungen vor und führt insgesamt zu stabileren Schweißnähten.
Die optimalen Prozessparameter müssen beim Laserschweißen von Kupfer oder Kupferlegierungen immer individuell ermittelt und feinjustiert werden. Dabei gilt insbesondere die Verwendung von Spezialoptiken als Erfolgsfaktor für eine hohe Nahtqualität der Schweißnaht. Die BLS Lasertechnology GmbH hat aus einer Vielzahl von Kundenprojekten im Bereich Batterie- und Batteriemodulentwicklung sowie stromführende Bauteile umfangreiche Erfahrung im Kupfer Schweißen.
Laserschweißen von Kupfer und Aluminium im Vergleich
Kupfer Schweißen: Laserschweißverfahren im Überblick
Pulsschweißen
Kurze Laserpulse erzeugen punktuelle Schweißnähte. Dieses Verfahren ist geeignet für dünne Materialien, etwa Kupferbleche, oder für sehr präzise Anwendungen.
Durchlaufschweißen
(„Continuous Wave“, CW)
Hier sorgt ein kontinuierlicher Laserstrahl für durchgängige Schweißnähte. Die Prozessstabilität ist bei diesem Verfahren hoch, die Einschweißtiefe bleibt jedoch gering. Das reine Wärmeleitungsschweißen eignet sich zum Verbinden dünner Bauteile, durch Tiefschweißen mit deutlich höherer Laserleistung können auch dickere Werkstücke miteinander verbunden werden.
Tiefschweißen
Beim Tiefschweißen von Kupfer entsteht eine tiefe Dampfkapillare, das „Keyhole“. Wenn der Dampf abströmt, übt er Druck auf die Schmelze aus und verdrängt sie teilweise. Mit dieser Technik lassen sich größere Einschweißtiefen und schlanke, tiefe Kupferschweißnähte erreichen.
Kupfer Schweißen: Laserschweißverfahren im Detail
Festkörperlaser wie Nd:YAG-Laser oder moderne Faserlaser eignen sich zum Laserschweißen von Kupfer, daneben können auch Elektronenstrahl- oder Schutzgasschweißverfahren eingesetzt werden.
Die höchsten Energiedichten werden jedoch beim Laser- und Elektronenstrahlschweißen erreicht. Mit diesen beiden Schweißverfahren sind hohe Schweißgeschwindigkeiten und schmale Schweißnähte möglich. Dass hier nur eng begrenzte Wärmeeinflusszonen auftreten, wirkt sich positiv auf die Eigenspannung und den Verzug des bearbeiteten Bauteils aus. Ein wirtschaftlicher Vorteil für das Laserstrahlschweißen liegt darin begründet, dass im Gegensatz zum Elektronenstrahlschweißen keine Vakuum-Situation erzeugt werden muss, sodass in der Serienproduktion signifikant geringere Zykluszeiten möglich sind.
Beim Laserschweißen mit Zusatzmaterial (Laserauftragschweißen oder „Laser Metal Deposition“) werden Schweißdrähte oder Metallpulver aus ähnlichen Legierungen wie das Grundmaterial verwendet, um eine bestmögliche Kompatibilität zu gewährleisten. Als Schutzgas wird in der Regel Argon bzw. ein Argon-Helium-Gemisch eingesetzt, um Oxidation zu verhindern und die Plasmabildung über der Schmelze zu kontrollieren.
Bei flächigen Kupferbauteilen können neben der Laserschweißtechnik für bestimmte Anwendungsfälle auch reine Schutzgasschweißverfahren zum Einsatz kommen, etwa WIG-Schweißen (Blechstärken < 10 mm) oder MIG-Schweißen (größere Blechdicke) von Kupfer. Als Schutzgase werden ebenfalls Helium, Argon oder deren Gemische verwendet. – Diese beiden Schweißtechniken zählen aber nicht zu den Laserstrahl-Schweißverfahren!
Referenzprojekte BLS im Kupfer Schweißen
- Busbar-Schweißungen im Rahmen der Batteriemodulentwicklung eines führenden für e-Mobility Automotive Kunden
- Ermittlung von Schweißparametern für eine neue Batteriegeneration für einen führenden Batteriehersteller inkl. Schweißen von Erstmustern mit scharfen Zellen im Hochvolt-Bereich
- Serienfertigung von Stromschienen mit Alu Kupfer Verbindungen für einen international agierenden Hersteller von Stromspeichern
BLS-Erfolgsfaktoren für das Laserweißen von Kupfer
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!
