Schweißnaht

Was ist eine Schweißnaht?

Eine Schweißnaht ist das Ergebnis eines Schweißvorgangs unter Anwendung von Wärme bzw. Druck. Die unlösbare Verbindung von Bauteilen hat wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit und Haltbarkeit des zusammengeschweißten Werkstücks. Stumpfnähte und die Kehlnaht gehören zu den bekanntesten Nahttypen.

Für die optimale Ausführung einer Schweißnaht erfolgt im Vorfeld des Schweißvorgangs die sogenannte Schweißnahtberechnung. Damit lassen sich Nahttypen wie beispielsweise Stoß-, Kehl-, Kelch-, Punkt- und Lochnähte konstruieren und auf verschiedene Belastungsarten prüfen. Bei Stoß- und Kehlnähten sind dies in der Regel statische und dynamische Belastungsprüfungen.

Unter den diversen Schweißverfahren zur Herstellung von Schweißnähten zeichnet sich insbesondere Laserschweißen aus. Das Verfahren überzeugt durch eine hohe mechanische Belastbarkeit der lasergeschweißten Verbindung, eine hohe Druckdichte und eine Schweißnahtfestigkeit, die nahezu an die Grundmaterialfestigkeit heranreicht.

Schweißen bei BLS Lasertechnology GmbH – wie hoch ist die Präzision der Schweißnaht?

Das Team von BLS Lasertechnology GmbH ist mit der verfügbaren Laserschweißtechnologie in der Lage sowohl die Parameter als auch das optische Setup individuell anzupassen. Damit können einerseits sehr filigrane Schweißnähte von wenigen Zehntel mm, andererseits auch sehr breite Schweißnähte mit hoher Einschweißtiefe erzeugt werden. Für das Schweißen mit Laser bei BLS Lasertechnology GmbH stehen bis zu 12.000 Watt Laserleistung zur Verfügung.

Welche Materialien eignen sich am besten für eine stabile Schweißnaht beim Schweißen mit Laser?

Grundsätzlich lassen sich Metalle und Nichtmetalle mit Laser schweißen. Häufig müssen unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften miteinander verschweißt werden. Auch dafür eignet sich das Laserschweißverfahren durch Anpassung der Prozessparameter sehr gut. Dafür müssen Schmelzpunkt, die linearen Ausdehnungskoeffizienten, die Wärmeleitfähigkeit, die elektromagnetischen und elektrochemischen Eigenschaften sowie die Möglichkeit galvanischer Korrosion bei Kontakt mit Feuchtigkeit berücksichtigt werden.

Schweißen mit Laser ist ein berührungsfreies Verfahren, das für saubere Materialoberflächen sorgt und sich präzise steuern lässt. Damit zählt es zu den zuverlässigsten Schweißverfahren – auch unter Schutzgasatmosphäre oder Vakuum. Die Wärmeeinbringung ist beim Laserschweißprozess zudem im Vergleich zu anderen Schweißverfahren gering. Oft ist keine Nachbearbeitung erforderlich.

Wie können Schweißnähte bei komplexen Geometrien präzise hergestellt werden?

Ein wesentliches Element für präzise hergestellte und qualitativ einwandfreie Schweißnähte bei komplexen Geometrien ist neben der Schweißnahtberechnung eine optimale Schweißvorrichtung. Die Aufgabe der Schweißvorrichtung ist die Positionierung, Stabilisierung und Sicherung der Werkstücke, die miteinander durch eine Schweißnaht verbunden werden. Schweißvorrichtungen sind ein relevanter Faktor für präzise und konsistente Schweißergebnisse.

Schweißvorrichtungen sind nicht nur unerlässlich, um die Integrität und Qualität der Schweißnaht zu gewährleisten. Sie ermöglichen auch die Produktionseffizienz durch Optimierung des Schweißprozesses zu verbessern.

Welche Vorteile bietet das Laserschweißen im Hinblick auf die Festigkeit der Schweißnaht?

Schweiße mit Laser ist ein Schmelzschweißverfahren. Ein fokussierter Laserstrahl verbindet Metalle oder Thermoplaste. Dabei schmilzt der starke Laserstrahl die Materialien an der gewünschten Nahtlinie und verbindet sie in Form einer Fuge. Selbst dünne Metallbleche lassen sich mithilfe einer auf den Bearbeitungsbereich konzentrierten Wärmequelle mit hohen Geschwindigkeiten schweißen. Mit Laserschweißtechnologie lassen sich auch bei dickeren Materialien tiefe und schmale Schweißnähte in einwandfreier Qualität erzeugen. Das moderne Schweißverfahren kommt wegen seiner Präzision, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit in vielen Branchen zur Anwendung.

Die Laserschweißtechnologie überzeugt durch folgende Vorteile im Vergleich zu traditionellem Schweißen:

• Hohe mechanische Belastbarkeit
• Schweißnahtfestigkeit nahe an der Grundmaterialfestigkeit
• Hohe Druckdichte
• Minimierung der Wärmeeinflusszone durch fokussierten Laserstrahl
• Geringeres Risiko der thermischen Verformung
• Hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit
• Hohe Präzision durch fokussierten Laserstrahl
• Breite Materialtoleranz

Welche Qualitätskontrollen kommen bei der BLS Lasertechnology GmbH für die Mängelprüfung der Schweißnaht zum Einsatz?

Qualitätskontrollen unter Einbeziehung äußerer sowie innerer Merkmale sind ein unverzichtbares Element bei der Herstellung von Schweißnähten und werden unter dem Begriff Schweißnahtprüfung zusammengefasst. Diverse zerstörungsfreie sowie zerstörende Werkstoffprüfungen kommen zum Einsatz, um mögliche Fehler der Schweißnaht zu identifizieren. Zu den zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen gehören beispielsweise die visuelle Inspektion, die Durchstrahlungsprüfung sowie die Farbeindringprüfung. Zu den zerstörenden Werkstoffprüfungen gehört z. B. die metallographische Untersuchung.

Mit der DIN EN ISO 5817 steht eine Norm zur Verfügung, welche die Bewertungsgruppen von Unregelmäßigkeiten an Schmelzschweißverbindungen definiert. Die Norm behandelt voll durchgeschweißte Stumpfnähte sowie sämtliche Kehlnähte und gilt für Werkstückdicken größer 0,5 mm.

BLS Lasertechnology GmbH wendet für die Schweißnahtprüfung Verfahren der metallographischen Untersuchung sowie zerstörungsfreie Prüfverfahren wie die Sichtprüfung und die Farbeindringprüfung auf Grundlage der DIN EN ISO 5817 an. Bei Bedarf lässt sich mittels eines Härteprüfgerätes die Härte der Schweißnaht bestimmen.

Wie beeinflusst die Schweißnaht die Festigkeit und Haltbarkeit  des Endprodukts?

Das Kernstück jeder Schweißverbindung ist die Schweißnaht. Sie hat wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit und Haltbarkeit des Endprodukts. Die Voraussetzung für eine langlebige und sichere Verbindung ist eine qualitativ einwandfrei ausgeführte Schweißnaht. Eine schlechte Schweißnaht kann das vorzeitige Versagen des Produktes zur Folge haben.

Folgende Aspekte beeinflussen die Qualität der Schweißnaht:

• Schweißverfahren: Die Wahl des geeigneten Verfahrens erfolgt in Abhängigkeit von den Materialien, der Werkstoffdicke sowie den Anforderungen an die Schweißnaht selbst.
• Schweißnahtgeometrie: Größe und Form der Schweißnaht müssen entsprechend der Belastungsanforderungen ausgeprägt sein, da sonst die Festigkeit beeinträchtigt sein kann.
• Schweißparameter: Die korrekte Einstellung der Schweißparameter verhindert die Bildung von Rissen bzw. Poren und beugt einer unzureichenden Durchschmelzung vor.
• Schweißflächenvorbereitung: Die gründliche Reinigung und Vorbereitung der Schweißflächen ist entscheidend für die Qualität der Schweißverbindung.
• Materialzusammensetzung: Die Festigkeit der Verbindung hängt von den Eigenschaften der verbundenen Materialien ab.

Können Schweißnähte in sehr dünnen Materialien genauso effektiv hergestellt werden wie in dickeren Materialien?

Das Schweißen dünner Materialien ist eine verfahrenstechnische Herausforderung und erfordert Präzision sowie Erfahrung. Grund dafür ist die höhere Anfälligkeit für Probleme wie Verformung, Durchbrennen oder Risse. Um hochwertige Schweißnähte für dünne Materialien zu erzielen ist die Wahl des richtigen Schweißverfahrens unerlässlich. Laserschweißen hat sich für das Schweißen dünner Materialien gut bewährt, da der Laserstrahl mit einer sehr hohen, auf eine kleine Fläche konzentrierten Energiedichte sehr schmale und tief eindringende Schweißnähte erzeugt. Damit wird vor allem eine Überwärmung des Materials und in Folge eine schlechte Schweißnaht verhindert.

Weitere wichtige Aspekte beim Schweißen dünner Materialien sind:

• Kurze Schweißzeiten: Dies verhindert ein Durchbrennen der Materialien.
• Vorwärmung: Falls das Werkstück zu Spannungen bzw. Rissen tendiert, ist oft Vorwärmung hilfreich.
• Nachbehandlung: Eine Nachbehandlung in Form von Glühen kann für das Abbauen von Spannungen notwendig sein.

Bei dicken Materialien kann eine unzureichende Durchdringung problematisch für die Qualität der Schweißnaht sein.

Sind Nachbearbeitungen für die Optimierung der Schweißnaht erforderlich?

Ob Nachbearbeitungen wie beispielsweise das Schleifen der Schweißnaht notwendig sind, hängt von den Produktanforderungen wie der nötigen Festigkeit und Lebensdauer sowie einer Reihe weiterer Faktoren ab:

• Schweißverfahren: Laserschweißen generiert durch den berührungsfreien Schweißvorgang mit minimalem Wärmeeintrag eine hohe Nahtqualität.
• Anforderungen an die Schweißnaht: Hohe Ansprüche an die Naht in puncto Optik, Festigkeit bzw. Dichtigkeit können eine aufwendige Nachbearbeitung zur Folge haben.
• Materialien: Die Eigenschaften der zu verschweißenden Werkstoffe beeinflussen die Nahtqualität. Ungünstige Werkstoffkombinationen erhöhen den Nachbearbeitungsbedarf.
• Umgebungsbedingungen: Faktoren wie Zugluft oder Feuchtigkeit können die Schweißnahtqualität negativ beeinflussen und eine Nachbearbeitung erfordern.

Dies sind die wichtigsten Formen der Nachbearbeitung an Schweißnähten:

• Entfernen der vom Schweißprozess stammenden Schlacke.
• Schweißnaht Schleifen, Glätten, Entgraten bzw. Polieren verbessert die Oberflächenqualität.
• Wärmebehandlung verbessert die mechanischen Nahteigenschaften.
• Oberflächenbeschichten dient als Korrosionsschutz bzw. zur Oberflächenverbesserung.
• Qualitätskontrollen wie Röntgenprüfung oder Dichtigkeitsprüfung.

Wie wird die Schweißnaht bei BLS auf ihre Dichtigkeit und Stabilität getestet?

Bei BLS Lasertechnology GmbH kommen verschiedene Verfahren der Dichtheitsprüfung zum Einsatz:

• Dichtheitsprüfung der Schweißnähte mit Helium oder Druckdifferenzprüfung
• Überprüfung der Dichtheit der Schweißnähte im Wasserbad

Für die Dichtheitsprüfung im Wasserbad müssen die Bauteile in einem vorbereitenden Schritt abgedichtet und dann mit Luftdruck beaufschlagt werden. Eine Blasenbildung im Wasserbad erlaubt den Rückschluss auf eine Leckage.

Was sollte ich sonst noch über Schweißnähte bei der BLS wissen?

BLS Lasertechnology GmbH setzt Laserschweißen ein und erzeugt daher ausschließlich Laserschweißnähte. Das Mengengerüst in der Verarbeitung reicht von Losgröße 1 bis zu mehreren 1000 Stück. Die Verarbeitung erfolgt auf 5-Achs-Maschinen der Marke Trumpf. Alle Anlagen verfügen zusätzlich über eine Rotationsachse. Damit lassen sich sowohl 3D- als auch 2D-Anwendungen bearbeiten. Zum Schweißen kommen einerseits starre Optiken aber auch Scanner-Optiken zum Einsatz. Falls erforderlich, sieht BLS Lasertechnology GmbH für spezifische Schweißanwendungen Konstruktion und Bau der entsprechende Schweißvorrichtung vor.

Für das Laserschweißen stehen im Maschinenpark moderne Technologien zur Verfügung. Dazu gehören das Schweißen mit Multifokus-Optik sowie BrightLine Weld. Falls es der Werkstoff erfordert, ist es möglich diesen im Ofen oder induktiv vorzuwärmen. Auch das Schweißen von Bauteilen mit Zusatzdraht ist Bestandteil des Leistungsportfolios. Durch den Einsatz von VisionLine lässt sich die Schweißnahtlage bei Bedarf messen und bestimmen.

Um stets eine einwandfreie Qualität der Schweißnähte sicherzustellen, ist es möglich alle Bauteile direkt auszuwerten und zu vermessen.