Erweiterung der Anwendungsfelder des Laserstrahlschweißens im Vakuum auf Duplex-Stahl und Kupfer

Trotz der stetigen Weiterentwicklung bestehen bei wirtschaftlich relevanten Anwendungen zum Laserstrahlschweißen großer Blechdicken Einschränkungen. Das einlagige Schweißen von nichtrostenden Stählen mit Blechdicken von 10 bis 30 mm sowie von Kupfer mit Blechdicken von 3 bis 10 mm kann derzeit industriell nicht umgesetzt werden. Durch Einsatz der Verfahrensvariante Laserstrahlschweißen im Vakuum sollen diese Einschränkungen überwunden werden. Für nichtrostende Cr-Ni- sowie Duplex-Stähle konnte nachgewiesen werden, dass die Reduktion des Arbeitsdrucks zu einer effizienteren Umsetzung niedriger Schweißgeschwindigkeiten in hohe Einschweißtiefen führt. Es wurde gezeigt, dass ein geschwindigkeitsabhängiger Grenzwert für den Arbeitsdruck existiert, ab dem eine weitere Druckreduktion nicht zu einer Steigerung der Einschweißtiefe führt. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen konnten für verschiedene Duplexstähle mit Blechdicken um 30 mm erfolgreich Schweißprozesse entwickelt werden. Der Laser kann durch Reduktion des Arbeitsdrucks hinsichtlich der Fügeleistung mit dem Elektronenstrahl konkurrieren und darüber hinaus prozessspezifische Vorteile nutzbar machen. Bei Kupfer besteht der Haupteffekt der Druckreduktion in der Steigerung der Prozesssicherheit. Schweißgutauswürfe können bereits ab dem Druckbereich 100 bis 200 hPa deutlich reduziert werden. Bei einem weiteren Absenken des Drucks sowie bei geeigneter Wahl der Parameter können diese Nahtdefekte bis zu einer Geschwindigkeit von 0,5 m/min gänzlich vermieden werden. Multimode Festkörperlaser im Leistungsbereich bis 10 kW können somit zum einlagigen Schweißen von Kupfer mit Blechdicken von 3 bis 10 mm erfolgreich eingesetzt werden. Darüber hinaus werden eine geringe Porenbildung sowie eine hohe Reproduzierbarkeit erzielt.