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Hybrides Schweißen: Was beim Laserschweißen alles möglich ist

Schienenfahrzeuge, LKW-Antriebswellen oder Rohre und Flügel für Windräder: Überall dort, wo Metallteile mit großen Wandstärken extremen Beanspruchungen standhalten müssen, hat sich die Kombination von Laserschweiß- mit Schutzgasverfahren etabliert. Der Grund dafür sind deutliche Beschleunigungen im Produktionsprozess, ohne Abstriche bei der Qualität befürchten zu müssen.

Schweißen ist an sich ein einfacher Prozess: Materialien werden verflüssigt, an den entsprechenden Stellen aneinander gehalten – und dann braucht man nur mehr zu warten, bis der Werkstoff wieder fest wird, und schon hat man ein einziges Teil wo vorher zwei waren. Zu den elementaren Produktionsfaktoren für die Beherrschung dieses in der Fertigung üblichen Prozesses gehört es, die entsprechenden Temperaturniveaus zu kennen. Diese gehen enorm weit auseinander: Thermoplastische Kunststoffe schmelzen schon bei Temperaturen ab 150 °C, während Stahl 1.400 °C und Keramiken sogar über 2.000 °C benötigen, um flüssig zu werden. Dazwischen liegen gängige Werkstoffe wie Aluminium und Glas, die bei gut 600 °C schweißbar sind, und Kupfer mit einem Schmelzpunkt von knapp über 1.000 °C.

Die vielfältige Einsetzbarkeit des Laserschweißens zeigt sich auch daran, dass für all diese verschiedenen Anforderungen die richtigen Temperaturniveaus und die punktgenaue Energiedichte erzeugt werden kann. Doch noch spannender wird es, betrachtet man die durchs Laserschweißen entstehenden zusätzlichen Möglichkeiten der Verfügung von Werkstoffen.

Vorteile beim Hybridschweißen

Hybridschweißverfahren kombinieren das Laserschweißen mit anderen Verfahren. Dadurch können Materialstärken und -kombinationen neu und einfacher verfügt werden. In der Regel eignet sich dafür Metallschweißen mit inerten Gasen: Das sind etwa das MIG-Schweißen (Metall-Inert-Gas), das MAG-Schweißen (Metall-Aktiv-Gas) sowie das WIG-Schweißen (Wolfram-Inert-Gas). Auch Plasmaschweißen wird mittlerweile angewandt. Der größte Vorteil der Hybridverfahren liegt im Effizienzgewinn: Die Durchlaufzeiten werden deutlich kürzer, bis zum Faktor fünf ist möglich: „Wo in klassischen Verfahren in fünf Lagen geschweißt werden muss, können durchs Hybridschweißen Prozesse in einer Lage abgeschlossen werden“, erklärt Michael Wolters von Messer. Zum Einsatz kommen die Verfahren bei hohen Materialstärken. Der Laserstrahl, der beim Schweißen verwendet wird, wird dafür genutzt, eine große Einschweißtiefe zu erzielen. Die entstehenden großen Spaltmaße werden mit Draht aufgefüllt und mit einem Lichtbogenverfahren geschlossen. Beide Prozesse laufen dabei in einer Zone ab, sodass die Vorteile beider Schweißverfahren in einem Durchlauf kombiniert werden. Typische Beispiele für Industrien, in denen Hybridschweißverfahren Vorteile bringen, sind etwa der Fahrzeug-, Schiffs- und Kranbau. Aber auch in der Schwerindustrie oder im Bau von Windkraftanlagen hat sich das Verfahren durchgesetzt.

Aktive und inaktive Schutzgase

Einer besonderen Rolle kommt beim Hybridschweißen den Schutzgasen zu. Bei den Schutzgasschweißverfahren, die mit Laseranwendungen kombiniert werden, gibt es einen längst etablierten Kanon an Schutzgase-Mischungen. Beim MAG-Schweißen hat sich ein Gemisch aus Argon, CO2 und Sauerstoff bewährt, da die aktiven Gase auch stabilisierend auf den Lichtbogen wirken. Die inaktiven Gase beim MIG-Verfahren oder beim Plasmaschweißen sind Argon oder Helium oder eine Kombination von beiden, was besonders hohe Temperaturen ermöglicht. Auch das WIG-Schweißen, das etwas langsamer ist, aber dafür bessere Nahtqualitäten liefert, benötigt Argon und Helium. Je nach dem gewählten Schutzgas-Verfahren erfolgt die Auswahl des passenden Lasers und die Anpassung der Schutzgasmischung an das individuelle Verfahren.

 

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