Laserdurchstrahlschweißen

Beim Konturschweißen arbeitet ein punktförmiger Strahl die Geometrie ab. Dies kann entweder über die Bewegung des Laserstrahls oder des Bauteils erfolgen. Das Verfahren ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass jeder Punkt der Schweißnaht nur ein einziges Mal mit der Laserstrahlung in Kontakt tritt. Die Größe der Wechselwirkungszeit hängt dabei von zwei Faktoren ab: dem Strahldurchmesser im Fokus und dem Vorschub. Durch das Abfahren der gesamten Nahtkontur beeinflusst die Nahtlänge – zusätzlich zum gewählten Vorschub – die erzielbaren Schweißzeiten.

Beim Maskenschweißen entsteht die Schweißnahtgeometrie mithilfe einer Maske, welche entweder im Konturverfahren sequentiell abgefahren oder im Simultanverfahren vollständig ausgeleuchtet wird. Vor allem bei komplexen Nahtgeometrien eignet sich das Maskenschweißen, wobei minimale Nahtbreiten von 100 μm möglich sind. Die Maske besteht aus dünnen Blechen oder metallisierten Gläsern.

Beim Simultanschweißen wird mit mehreren, ggf. nahtangepasst geformten Strahlen gearbeitet, um die gesamte Nahtkontur gleichzeitig zu bestrahlen. Dies sorgt für eine extreme Verkürzung der Prozesszeiten (auf < 1 s) und ermöglicht das Überbrücken der Spaltmaße durch Abschmelzen. Zusätzlich ist die Schweißnaht fester als beispielsweise beim Konturschweißen, da das Simultanschweißen eine höhere Wechselwirkungszeit hat. Je aufwändiger die Nahtkontur, desto aufwändiger fällt das Erstellen der passenden Strahlgeometrie aus und insbesondere das Einstellen einer homogenen Leistungsdichteverteilung.

Beim Quasisimultanschweißen wird ein Laserstrahl so schnell zwischen den Schweißorten hin und her abgelenkt, dass quasi an allen Orten gleichzeitig Wärme eingebracht wird. Es kann somit als eine Kombination des Konturschweißens mit dem Simultanschweißen verstanden werden. Der hohe Vorschub des Verfahrens bewirkt, wie beim Simultanschweißen, eine Plastifizierung der gesamten Nahtfläche.

Das TWIST-Verfahren (Transmission Welding by an Incremental Scanning Technique, dt. etwa Übertragendes Schweißen durch eine inkrementale Scantechnik) wurde 2009 vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik vorgestellt und vereinigt die Eigenschaften des Konturschweißens mit denen des quasisimultanen Schweißens. Dabei wird die Vorschubbewegung des Lasers mit einer Bewegung senkrecht zur Verfahrrichtung überlagert. Entlang der Vorschubbewegung wird die Laserstrahlung auf einer Kreisbahn geführt und passiert jedes Konturinkrement mehrmals. Die Kopplung der beiden Bewegungsrichtungen ermöglicht auch die Nutzung der hohen Intensitäten der wenige Mikrometer großen Fokusdurchmesser. Somit lassen sich letztendlich kleinste Schweißnahten mit Breiten < 100 μm realisieren. Da mit einer sehr hohen Bahngeschwindigkeit geschweißt wird, findet innerhalb der Konturinkremente ein homogener Energieeintrag über der Schweißnaht statt. Dies wiederum sorgt für eine minimale Tiefe der Wärmeeinflusszone.

Die Vorteile des TWIST-Verfahrens sind die hohe Prozessgeschwindigkeit und Flexibilität bei der Gestaltung von Schweißkonturen. Es ist besonders geeignet für Klein- und Mittelserien, die einer schnellen Umrüstung bedürfen.

Das GLOBO-Welding ist eine Variante des Konturschweißverfahrens. Es hat jedoch im Unterschied zu diesem Verfahren eine Aufbringung des Fügedrucks lediglich an der Fügestelle und nicht über der gesamten Fläche der Schweißnaht. Die Laserstrahlung gelangt über eine Kugel, welche für den notwendigen Fügedruck sorgt, in die Fügeebene.

Das GLOBO-Welding ermöglicht das Schweißen von Bauteilen mit dreidimensionaler Nahtkontur (Bsp. PKW-Rückleuchten).[2]

Deutschland hat bzgl. des industriellen Einsatzes des Laserdurchstrahlschweißens eine Vorreiterrolle inne. Dies liegt nicht zuletzt sowohl an der industriellen und akademischen Struktur in Deutschland als auch an fach- und unternehmensübergreifenden Gremientätigkeiten, wie z. B. dem DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. Ein Regelwerk zum Fügen von Kunststoffen wird in Deutschland von der Fachgruppe „Fügen von Kunststoffen“ im Ausschuss für Technik (AfT) des DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren erarbeitet und in Form von DVS-Merkblättern und Richtlinien sowie gesammelt in Buchform veröffentlicht. Die DVS-Richtlinie 2243 und ihre Beiblätter beinhalten konkret Informationen und Richtwerte für das Laserdurchstrahlschweißen von Kunststoffen.

• Taschenbuch DVS-Merkblätter und -Richtlinien Fügen von Kunststoffen DVS Media, Düsseldorf 2010, ISBN 978-3-87155-224-3.
• U.A. Russek: Laserschweißen von Kunststoffen. Süddeutscher Verlag onpact, München 2009, ISBN 978-3-937889-90-0.

• Die AG W 4.12 „Laserstrahlschweißen von Kunststoffen“ stellt sich vor. 05 (2011) 02 Fügen von Kunststoffen, S. 82–84. (Fügen von Kunststoffen)