Schweißen Sie noch mit dem Elektronenstrahl oder schon mit dem Laser?
Das weltweit erste und einzige Hochvakuum-Laserschweißgerät von KTW Systems
Für besonders sensitive Anwendungen muss der Schweißprozess im Hochvakuum stattfinden. Gründe dafür sind insbesondere die Einlagerung von Fremdpartikel und reaktiven Gasen, wie sie auch beim Einsatz von Schutzgasen nicht ausgeschlossen werden können. In solchen Fällen ist das Elektronenschweißen das Verfahren der Wahl – allerdings sehr aufwendig und kostspielig im Einsatz. Mit dem Vakuum-Laser-System des Start-Up-Unternehmens KTW Systems GmbH aus Wehr können diese Nähte zukünftig auch mit dem Laser verschweißt werden. Unabhängig vom Lasertyp, zu deutlich reduzierten Kosten und mit gleichwertigen Schweißergebnissen.
Entkopplung von Laser und Vakuum
Kernidee dieses patentierten Laserschweißsystems ist die Entkopplung von Vakuumkammer und Laserstrahlquelle. Die zu verschweißenden Bauteile werden in der Vakuumkammer positioniert und der Raum wird bis auf 5*10-5 mbar abgepumpt – das entspricht einem Hochvakuum. Abhängig von Pumpensystem und der Kammergröße dauert der Vorgang des Abpumpens ca. 5 bis 10 Minuten. Der Laserstrahl wird durch eine Quarz- oder Saphirglasscheibe auf den Schweißpunkt fokussiert. Hierbei ist die Wahl der Laserstrahlquelle völlig frei. Für die maximal 6 Laserköpfe kann eine individuelle Anzahl an Öffnungen angebracht werden, durch die der Laserstrahl in die Vakuumkammer eindringen kann. Hinzu kommen eine frei wählbare Anzahl an Öffnungen zum Beobachten des Schweißprozesses mit Kameras oder mit bloßem Auge. Die Streustrahlung wird die Kammer und die Schutzgläser absorbiert.
Die Vakuumkammer
Herzstück der Vakuumkammer ist die 6 Achsen Technologie und die Spannvorrichtung, die das oder die Bauteile aufnehmen. Die Spanntechnik ist so ausgelegt, dass sie keine Hohlkammern hat, in denen sich Lufteinschlüsse befinden können. Sie sind rein mechanisch, um keine weiteren Zuführungen nach außen zu haben, die abgedichtet werden müssten. Die 6 Achs Technologie erlaubt sämtliche Geometrien zu schweißen und regelt die Relativbewegung.
In der Größe ist die Vakuumkammer skalierbar im Durchmesser bis 1.500 mm und in der Länge bis 2.000 mm und kann den jeweiligen Applikationen angepasst werden. So ist die Vakuumkammer jeweils so klein wie möglich und so groß wie nötig. Eine Optimierung des Volumens der Vakuumkammer reduziert die Pumpzeit und erhöht die Produktivität.
Die Laserschweißnaht
Eine Laserschweißnaht im Hochvakuum zeichnet sich durch ein extremes Höhe-zu Breite-Verhältnis aus, gleich dem Elektronenstrahlschweißer. Die Kanten sind (annähernd) parallel und auch Nähte mit einer Tiefe von 20 mm weisen eine ideale Schweißnahtraupe auf. Grund ist die fehlende Ablenkung im luftleeren Raum: Es gibt keine Partikel, die den Laserstrahl aus seiner Richtung ablenken würden.
Dieser Vorteil zeigt sich insbesondere beim Verschweißen gassensitiver Materialien wie Titan, Zirkonium, Molybdän, Tantal, Wolfram, Vanadium, Nickel oder Niob. Ohne die Umgebungsluft ist auch eine Schutzgasatmosphäre obsolet. Im Hochvakuum gibt es keine (in nennenswerter Anzahl?) Partikel, die in die Schmelze eindringen und sich damit in der Schweißnaht einnisten könnten und dort zu Porosität führen.
Vorteile gegenüber dem Elektronenstrahlschweißen
Neben den deutlich geringeren Investitionskosten einer Laserstrahlquelle gegenüber einer Elektronenstrahlquelle weist das Hochvakuum-Laserschweißen noch weitere Prozessvorteile gegenüber dem Elektronenstrahlschweißen auf. Da es sich beim Elektronenstrahl um hoch beschleunigte elektrische Ladungsträger handelt, kann es beim Zusammenprall mit dem zu verschweißenden Material zu Röntgenstrahlung kommen, die aufwendig abgeschirmt werden muss. Eine unmittelbare Beobachtung des Schweißprozesses ist damit nicht möglich. Weiterhin sind die elektrischen Ladungsträger durch Magnetfelder empfindlich beeinflussbar. Herrscht auch nur ein geringer Stromfluss, kann dieser den Schweißprozess schon negativ beeinflussen und zu Ausschuss in der Fertigung führen.
Der Laserstrahl dagegen transportiert seine Energie in Form von Licht. Es entstehen weder Röntgenstrahlen noch gibt es Ablenkungserscheinungen durch magnetische und/oder elektrische Felder. Es können beim Laser-Hochvakuumschweißen sogar stromführende Bauteile mit wechselndem (statistischem) Stromfluss sicher verschweißt werden.
Die Einsatzgebiete
Das Laser-Hochvakuumschweißen deckt die gleichen Einsatzgebiete wie das Elektronenstrahlschweißen ab –und darüber hinaus. Die Materialdicken betragen dabei bis zu 20 mm – unabhängig vom zu verschweißenden Material und den Materialpaarungen. Typische Anwendungen finden sich im Bereich Automotiv, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Elektronikindustrie, Petrochemie, Kraftwerksbau, Windenergie, Eisenbahnbau etc.
KTW SYSTEMS GmbH
Gleeser Strasse 14
56653 Wehr