Anwendung des Laserschweißens auf Edelstahl 7

Fehler: Ursachen und Lösungen

Das Laser-Schweißen von rostfreiem Stahl bietet eine beispiellose Präzision, doch Fehler können auftreten, wenn die Materialvorbereitung, die Prozessparameter oder die Zufuhr des Schutzgases nicht vollständig optimiert sind. Im Gegensatz zum Lichtbogenschweißen erstarrt das kleine Schmelzbad beim Laser-Schweißen äußerst schnell, sodass bereits geringfügige Störungen bei der Energieübertragung oder Abschirmung sichtbare oder verborgene Fehler verursachen können. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Übersicht gängiger Fehlerarten, ihrer Ursachen sowie bewährter Korrekturmaßnahmen.

Porosität

· Metallurgische Ursache: In der Schmelze eingeschlossene Gase (Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff) während der Erstarrung. Wasserstoff ist die häufigste Ursache – meistens verursacht durch Feuchtigkeit oder Kohlenwasserstoffe auf der Fügefläche.

· Laser-spezifische Auslöser:

1. Unzureichende Entfettung (Schnittflüssigkeiten, Öle, Klebstoffrückstände).

2. Feuchtigkeitsaufnahme aus feuchter Umgebung.

3. Durch Turbulenzen im Schutzgas wird Umgebungsluft angesaugt.

· Abhilfen:

1. Sauberkeit: Bauteile vor dem Schweißen mit Lösungsmittel reinigen und sofort trocknen.

2. Schutzgas: Laminaren Gasfluss sicherstellen; größere Düsen oder Diffusoren verwenden, um Turbulenzen zu vermeiden.

3. Parameteranpassung: Fahrgeschwindigkeit leicht verringern, damit Gase vor der Erstarrung entweichen können; übermäßige Schlüssellochtiefe vermeiden, die Gase einschließen kann.

Heißrissbildung (Erstarrungsrisse)

· Metallurgische Ursache: Ein niedriger Ferritgehalt in vollständig austenitischen Schweißnähten führt dazu, dass Verunreinigungen während der Erstarrung an den Korngrenzen angereichert werden. Zugspannungen durch Schrumpfung verursachen Risse vor vollständiger Erstarrung.

· Laser-spezifische Auslöser:

1. Sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten erzeugen schmale, vollständig austenitische Erstarrungsstrukturen.

2. Starre Fixierungen, die die Kontraktion behindern.

· Abhilfen:

1. Metallurgisch: Füllwerkstoff mit höherem Ferritpotenzial verwenden (z. B. ER308L, ER316L), um einen Ferritgehalt von 3–8 % zu erreichen.

2. Spannungsmanagement: Einspannungen in der Vorrichtung reduzieren; Schweißnähte versetzt anbringen, um die Schrumpfkräfte zu verteilen.

3. Parameteranpassung: Ultraschnelle Geschwindigkeiten bei empfindlichen Werkstoffen vermeiden; Strahlfokus so einstellen, dass das Nahtprofil etwas breiter wird.

Mangelnde Verschmelzung / Unvollständige Durchschmelzung

· Metallurgische Ursache: Unvollständiges Aufschmelzen der Fügeflächen oder der Wurzel aufgrund unzureichender Energiedichte oder falscher Strahllage.

· Laser-spezifische Auslöser:

1. Defokussierter Strahl aufgrund falscher Fokusposition.

2. Fehlausrichtung zwischen dem Strahl und der Fugenmittellinie.

3. Übermäßige Fahrgeschwindigkeit.

· Abhilfen:

1. Optik: Fokussierlänge und Position überprüfen; auf Verschmutzung der Linse prüfen.

2. Parameter: Leistung erhöhen oder Fahrgeschwindigkeit verringern; Wobble-Amplitude reduzieren, falls zu hoch.

3. Fügevorbereitung: Verbesserung der Fügevorbereitung und Spalt sicherstellen <0,1 mm für autogene Schweißnähte.

Einschlussrille / Unterfüllung

· Metallurgische Ursache: Grundwerkstoff schmilzt an der Nahtkante ab, ohne dass ausreichend Schmelze nachrückt.

· Laser-spezifische Auslöser:

1. Hohe Energiedichte in Kombination mit schneller Fahrgeschwindigkeit, wodurch die Nahtkante weggespült wird.

2. Versetzte Strahlausrichtung.

· Abhilfen:

1. Fahr- oder Strahlversatz reduzieren, um die Benetzung zu verbessern.

2. Zusatzdraht hinzufügen, um Spalte zu überbrücken oder die Nahtform zu gestalten.

3. Stellen Sie das Schutzgas ein, um eine übermäßige Plasmafackel zu vermeiden, die die Schmelze destabilisiert.

Kleinstloch-Instabilität / Spritzer

· Metallurgische Ursache: Schwankungen im Dampfraum (Kleinstloch) führen zum Zusammenbruch oder zur Auswurfung von geschmolzenem Metall.

· Laser-spezifische Auslöser:

1. Übermäßige Leistungsdichte verursacht heftige Verdampfung.

2. Verunreinigungen führen zu ungleichmäßiger Absorption.

3. Ungeeignete Wahl oder Strömung des Schutzgases verursacht eine instabile Fackel.

· Abhilfen:

1. Verringern Sie leicht die Spitzenleistungsdichte; passen Sie die Fokusposition für mehr Stabilität an.

2. Stellen Sie sicher, dass die Oberflächen oxidfrei und trocken sind.

3. Verwenden Sie Helium-Blends, um das Kleinstloch im Tiefenschweißmodus zu stabilisieren.

Verfärbung und Oxidation

· Metallurgische Ursache: Chrom im rostfreien Stahl oxidiert, wenn heißes Metall Sauerstoff ausgesetzt ist, wodurch eine Wärmetönung entsteht, die die Korrosionsbeständigkeit verringern kann.

· Laser-spezifische Auslöser:

1. Unzureichende Schutzgasabdeckung während und nach dem Schweißen.

2. Zu hohe Zwischen- oder Abkühltemperaturen ohne Nachschutz.

· Abhilfen:

1. Erhöhen Sie die primäre Abschirmung und fügen Sie Nachschilde hinzu, um die abkühlende Naht für 2–5 Sekunden abzudecken.

2. Verwenden Sie Gas mit hoher Reinheit (>99,99 %).

3. Minimieren Sie den Wärmeeintrag, während die Durchschmelzung aufrechterhalten wird.

Übermäßige Verzugsbildung

· Metallurgische Ursache: Der hohe thermische Ausdehnungskoeffizient von rostfreiem Stahl verstärkt bereits geringe Temperaturänderungen, wodurch Schrumpfspannungen entstehen.

· Laser-spezifische Auslöser:

1. Überdimensionierter Strahl für die Fügedicke.

2. Lange, durchgehende Schweißnähte ohne ausgewogene Reihenfolge.

· Abhilfen:

1. Wärmeinput durch Anpassung der Geschwindigkeit oder Leistung reduzieren.

2. Schweißreihenfolge so festlegen, dass Spannungen ausgeglichen werden.

3. Vorrichtungen mit kontrollierter Klemmung verwenden, die eine begrenzte Ausdehnung erlauben, ohne die Ausrichtung zu verlieren.

Bei der Laserstrahlschweißung von rostfreiem Stahl gehen die meisten Fehler auf eine von vier Ursachen zurück: Kontamination, schlechte Strahlführung, falscher Wärmeinput oder unzureichende Schutzgasabschirmung. Porosität entsteht durch Kontamination oder Gaseinschluss, Heißrissbildung durch schlechte Ferritkontrolle und hohe Einspannungen, mangelnde Verschmelzung durch ungenügende Durchschmelzung, Untergratbildung durch fehlerhafte Strahlausrichtung, Instabilität des Schlüssellochs durch instabile Dampfhohlräume, Verfärbungen durch Sauerstoffeinwirkung und Verzug durch thermisches Ungleichgewicht. Die Abhilfe ist stets gezielt: Beseitigen Sie die Ursache, nicht nur das Symptom, indem Sie Vorbereitung, Parameter und Zufuhr des Schutzgases anpassen.