1. Laserschweißbarkeit von Werkstoffen

Schweißbarkeit von Werkstoffen mit gepulsten Lasern

Stahl / Edelstahl

Beispiele für Legierungen
gut schweißbar: 1.4301
schlecht schweißbar: 1.4034
Höchstwerte von Legierungsbestandteilen für gute Schweißbarkeit::
Kohlenstoff (C): 0,25 %
Schwefel (S): 0,035 %
Phosphor (P): 0,045 %
Molybdän (Mo): 2,5 %
Mangan (Mn): 2,0 %
Blei (Pb): 0 %

Bei Kombinationen aus mehreren dieser Legierungsbestandteile ist das Kohlenstoffäquivalent zu beachten. Auch hier wieder unter 0,25 % bleiben.

Formel für das Kohlenstoffäquivalent:
Auftragschweißen:
Grenzwerte für den Kohlenstoffgehalt im Grundmaterial bis 1,5 %. Das Zusatzmaterial wirkt ausgleichend.
Ziehfähige Werkstoffe sind besser schweißbar als drehfähige Werkstoffe.
Chemisch vernickelte Werkstoffe neigen stärker zu Rissbildung als galvanisch vernickelte Werkstoffe.

Aluminium

Bei Aluminium sollte eine Werkstoffanalyse vorliegen, da die Legierungsanteile gegenüber den Stahllegierungen stärker schwanken und sich somit bei gleicher Bezeichnung unterschiedliche Ergebnisse einstellen können.

Werte von Legierungsbestandteilen für gute Schweißbarkeit:
allgemein: < 0,5 % (bis Al99,5)oder
Silizium: > 3 %
Magnesium: > 4 %
Schlecht schweißbar sind:
AlMgSi1 (6000er Legierung)
AlMg3 (5000er Legierung).
Die Legierungsbestandteile führen zu Heißrissen.
Bei „schwierigen Legierungen“ ist die rissfreie Einschweißtiefe gering: maximal 0,25 mm bei hoher Pulsüberlappung und fp > 15 Hz.
Mit Zusatzdraht oder höheren Legierungsanteilen im Grundmaterial sind höhere Einschweißtiefen möglich.
Zusatzmaterialien:
für AlMgSi1 eignet sich AlSi12.
für AlMg3 eignet sich AlMg5
Schutzgas:
allgemein empfohlen: Argon.
zum Vermindern von Einschlüssen und Lunkern: Helium.
Eloxiertes Aluminium neigt zu Rissbildung und schäumt auf
Ziehfähiges Material ist schweißbar; Drehfähiges Material ist nicht rissfrei schweißbar.

Kupfer und Kupferlegierungen

Kupfer: gut schweißbar
Voraussetzung: hohe Pulsleistung zum Überwinden der hohen Reflexion.
Schweißpunkte können wegen der hohen Reflexion sehr unterschiedlich ausfallen.
Die Beschaffenheit der Oberfläche (Oxidation, Rauheit) hat einen großen Einfluss auf die Reflexion.
Beschichtungen mit Zinn oder Nickel (galvanisch) verbessern die Schweißbarkeit durch den geringeren Reflexionsgrad.
Chemisch vernickelte Oberflächen führen zu starker Rissbildung.
Der verfahrensbedingt vorhandene Phosphor führt zu Versprödungen.
Berilium-Kupfer: gut schweißbar
- Beim Schweißen entstehen giftige Dämpfe.
- Gute Absaugung mit Kohlenstofffilter ist notwendig.
Messing: schwierig zu schweißen.
- Elektrische Kontakte sind möglich.
- Dichtnähte sind durch das Ausgasen von Zn nicht möglich.
- Lange Pulsdauern wählen.
- Hilfreich ist eine günstige geometrische Auslegung an der Schweißstelle.
Bronze: gut schweißbar

Andere Werkstoffe

Nickel: gut schweißbar

Titan: gut schweißbar.
- Verhält sich ähnlich wie Chrom-Nickel-Stahl. Schutzgas: Argon (besser ist noch Argon-Atmosphäre; kein Stickstoff).
- Titan kann nicht mit anderen Werkstoffen verschweißt werden.

Tantal: gut schweißbar.
- Schutzgas Argon

Nickel-Basis-Legierungen: in der Regel gut schweißbar.
- Inconel neigt zu Rissen.

Neusilber: eingeschränkt schweißbar. Die Legierungsbestandteile variieren stark.
- Je größer der Kupferanteil desto besser schweißbar.

Gold: gut schweißbar bei hohem Reinheitsgrad (ab 555),
- Hohe Pulsleistung wegen hoher Reflexion

Silber: gut schweißbar bei hohem Reinheitsgrad
- Hohe Pulsleistung wegen hoher Reflexion

Wolfram: gut schweißbar, neigt zum Verspröden
- Hilfreich ist eine günstige geometrische Auslegung an der Schweißstelle.

Nitinol: sehr gut schweißbar.
- Der Vorteil des Lasers liegt in der geringen Wärmeeinbringung.
- Das erhält die Memory-Eigenschaften.

Sinterwerkstoffe: nicht schweißbar
- Gründe: Wärmeschock-Empfindlichkeit, Struktur des Materials.
- Ausnahme: Wenn der Partner aus gut schmelzendem Material besteht, ist eine hartlotähnliche Verbindung erreichbar

Quelle: Elke Kaiser, Application Development
TRUMPF Laser GmbH + Co. KG, Schramberg, 20.10.2006