Hohe Arbeitsgeschwindigkeit bei perfekter Maßgenauigkeit: Das sind zwei der größten Vorteile des Laserschweißens. Bei dem Verfahren handelt es sich um eine innovative Möglichkeit, Metalle und Kunststoffe mit einer geringen thermischen Materialbeeinflussung zu bearbeiten. Neben verschiedenen Schweißgeräten gibt es dabei auch unterschiedliche Schweißverfahren. Gasido.de gibt einen Überblick und zeigt, welches Lasergas jeweils infrage kommen.
Die Themen im Überblick
Laserschweißen: Grundprinzip und Schweißgeräte
Beim Laserschweißen (auch Laserstrahlschweißen nach EN ISO 4063: Prozess 52) handelt es sich um ein innovatives Schweißverfahren. Die Energie zum Fügen von Metallen oder Kunststoffen überträgt dabei ein Laserstrahl. Dieser kann in kurzer Zeit kleinste Schweißpunkte setzen oder sehr lange tiefgeschweißte Nähte herstellen. Geeignet ist das Verfahren, für das Anwender spezielle Lasergase kaufen müssen, sowohl für Materialien mit hoher Schmelztemperatur als auch Stoffe, die Wärme sehr gut leiten. So lassen sich sogar Werkstoffe verbinden, die mit anderen Verfahren nicht oder nur sehr schwer schweißbar sind. Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Vorteile des Laserstrahlschweißens:
- hohe Geschwindigkeit mit sehr genauem Energieeintrag
- sehr kleine Toleranzen (Maßgenauigkeit bei +- 0,01mm)
- geringe Wärmeentwicklung verhindert thermischen Verzug
- für einfache und komplizierte Schweißgeometrien geeignet
- sämtliche Nähte sind herstellbar (Stumpf-, Überlapp- oder Kehlnähte)
- Schweißen aus großer Entfernung und an schwer zugänglichen Stellen
- verschiedenste Laserschweiß-Verfahren sind möglich
Wer in Zukunft auf das Lasern setzen möchte und das passende Lasergas kaufen muss, hat unterschiedliche Gemische zur Auswahl. Welches dabei zum Einsatz kommt, hängt unter anderem von der Art des Lasers ab. So gibt es neben CO2-Lasern auch Festkörper-, Hochleistungsdioden- und Excimer-Laser. Die folgende Tabelle zeigt, was die Geräte voneinander unterscheidet.
| Laser | Beschreibung | Lasergas kaufen |
|---|---|---|
| CO2-Laser | CO2- oder Kohlenstofflaser (ca. 80 kW) zählen zu den leistungsfähigsten Geräten ihrer Art. Sie erreichen einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 % und sind vergleichsweise günstig. Aufgrund der hohen Wärmefreisetzung ist der Schweißprozess zu kühlen.
Wichtig für den Betrieb ist die Verwendung reiner Gase und geeigneter zweistufiger Druckminderer. Zwischen Letzteren und der Laseranlage sind außerdem kurze Schläuche oder Edelstahlrohre empfohlen, um die Verunreinigung der Lasergase zu minimieren. Anwendungsbereiche: Schneiden, Gravieren und Perforieren von Textilien oder Holz; Ritzen und Trennen von Keramik; Schneiden unlegierter Stähle (bis 35 mm) und hochlegierter Stähle (bis 25 mm); Schweißen, Härten und Umschmelzen | Lasergas Gemisch aus Kohlenstoffdioxid, Helium und Stickstoff hoher Reinheit
CO2 und N sind für den Laserstrahl erforderlich; He kühlt die Schweißstelle Achtung: Zu geringe Gasqualitäten sorgen für die Verschmutzung der Optik, Leistungsabfall und erhöhten Wartungsaufwand. Erforderliche Reinheiten sind:
|
| Festkörperlaser | Festkörperlaser (Leistung ca. 10 kW) setzen auf einen kristallinen oder glasartigen Festkörper, der mit Ionen anderer Stoffe dotiert wurde. Die Ionen stellen das aktive Medium dar und lassen sich mit Strahlung (Licht) auf ein höheres Energieniveau bringen (Pumpen). Ein Betriebsgas wie beim CO2-Laser ist dabei nicht erforderlich. Typische Bauarten sind der Faser- und der Scheibenlaser.
Der Wirkungsgrad ist mit etwa 30 Prozent höher, wodurch weniger Energie aufzuwenden ist, um die gleiche Leistung zu erreichen. Zum Schutz des menschlichen Auges sind allerdings spezielle Schutzkabinen Pflicht. Anwendungsbereiche: Schneiden; Bohren; Gravieren; Punkt- und Nahtschweißen; Löten, Härten; Reinigen | kein Betriebsgas erforderlich; |
| Excimer-Laser | Excimer- oder Exciplexlaser (ca. 200 W) arbeiten mit Edelgas-Halogen-Molekülen, die sie selbst erzeugen. Die Leistung ist mit 200 Watt sehr klein, weshalb die Anlagen vor allem für die Fein- und Mikrobearbeitung infrage kommen.
Mit 2 Prozent ist der Wirkungsgrad gering. Die Verlustwärme leiten die Geräte durch Gasumwälzung ab. Anwendung: Schneiden menschlichen Gewebes; Augenheilkunde; Dermatologie; Halbleiterfertigung; Herstellung integrierter Schaltungen; | Mischgas aus Edelgas (hochreinem Argon, Krypton oder Xenon), Halogenid (Fluor, Chlor, Brom) und Puffergas (Neon, Helium) |
| Hochleistungsdioden-laser (HLDL) | Hochleistungsdiodenlaser (ca. 60 kW) bestehen aus mehreren Dioden, die Strom ohne Umwege in Licht umwandeln. Die Systeme verbinden die einzelnen Strahlen zu einem gemeinsamen und erreichen so eine hohe Leistung. Die Funktion ermöglicht eine kompakte Bauweise und einen wartungsarmen Betrieb.
Der Wirkungsgrad liegt heute bei über 40 Prozent, wodurch ein sparsamer Laserbetrieb möglich ist. Anwendung: Schweißen; Hartlöten; Härten; Entfestigen; Beschichten; Kunststoffschweißen; Metall-3D-Druck; Schweißen von Faserverbundstoffen | Kein Betriebsgas erforderlich; |
Laserverfahren und passendes Lasergas kaufen
Wer Lasergase kaufen möchte, unterscheidet zunächst zwischen Betriebs- und Prozessgasen. Erstere sind bei CO2- und Excimerlasern erforderlich, um den Laserstrahl herstellen zu können. Prozessgase kommen darüber hinaus auch bei allen anderen Laserarten zum Einsatz. Sie sorgen für eine reine Arbeitsatmosphäre und verhindern negative Einwirkungen verschiedener Stoffe auf das Schweißgut. Außerdem schützen Prozess- oder Arbeitsgase vor zurückspritzendem Material. Für welche Verfahren welche Lasergase zu kaufen sind, zeigen die folgenden Abschnitte. Einen kurzen Überblick gibt die Tabelle.
| Laserbrenn-schneiden | Laserschmelz-schneiden | Laser-Schweißen | Laser-Oberflächen-behandlung | |
|---|---|---|---|---|
| Sauerstoff | X | |||
| Stickstoff | X | X | ||
| Argon | X | X | X | |
| Helium | X | X | X |
Wichtig zu wissen: Die genaue Reinheit und Zusammensetzung der Prozessgase hängt unter anderem von den Eigenschaften der Werkstoffe ab und ist individuell festzulegen.
Die richtigen Gase für das Laserschneiden
Geht es darum, Lasergas für das Laserbrennschneiden zu kaufen, kommt in der Regel Sauerstoff zum Einsatz, um die Werkstoffe wie gewünscht zu verbrennen. Für die Bearbeitung von Stahl eignet sich Sauerstoff der Reinheitsklasse 3.5 (99,95 %) mit einem Druck von 6 bar. Dieser sorgt für höhere Arbeitsgeschwindigkeiten, eine geringere Bartbildung und weniger Auskolkungen als konventioneller technischer Sauerstoff.
Beim Laserschmelzschneiden von Edelstahl bläst ein inertes Gas den Schneidkanal aus. Eine hohe Reinheit ist hier wichtig, um auch ohne Nachbearbeitung blanke Oberflächen zu erhalten. Zum Einsatz kommt dabei Stickstoff 5.0 (99,999 %) mit einem Druck von bis zu 20 bar. Der hohe Arbeitsdruck gleicht die im Vergleich zum Brennschneiden geringere Arbeitsgeschwindigkeit aus. Letztere lässt sich durch die fehlende exotherme Reaktion erklären.
Stickstoff kommt auch für Aluminium infrage. Unüblich ist hingegen der Einsatz von Argon oder Helium, die beide teurer sind. Geht es beim Laserschneiden von Glas oder Keramik darum, Lasergas zu kaufen, sind die Gemische entsprechend den Voraussetzungen individuell anzupassen.
Laserschweißen mit passenden Gasen
Beim Laserschweißen schützen die Gase die Naht vor Einflüssen anderer Stoffe. Außerdem begünstigen sie das Plasma in der Schweißnaht positiv. Zum Einsatz kommen dabei üblicherweise Helium oder Argon der Reinheit 4.6 (99,996 %). Bei CO2-Laserschweißgeräten erzielen Anwender mit Helium häufig die besten Ergebnisse. Sie können aber auch Argon oder gemischte Lasergase kaufen.
Gase für die Laseroberflächenbehandlung
Bei der Laseroberflächenbehandlung müssen Anwender nur dann Lasergase kaufen, wenn sie den Schmelzpunkt des zu bearbeitenden Materials überschreiten. Genau wie beim Laserumschmelzen und Laserbeschichten kommen dann häufig Stickstoff 3.0 (99,9 %) und Argon oder Helium 4.6 (99,996 %) zum Einsatz. Diese sorgen für eine saubere Atmosphäre und beugen unerwünschten Reaktionen mit der Umgebungsluft vor.
Betriebsgase für Laser: Arten und Eigenschaften
Neben dem Excimer-Laser, der Mischgase aus Argon, Krypton oder Xenon und Fluor oder Chlorwasserstoff benötigt, sind Lasergase auch für den CO2-Laser erforderlich. Zum Einsatz kommen dabei Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie Stickstoff (N). In entsprechend hoher Reinheit kommt zusätzlich das Edelgas Helium (He) zum Einsatz.
CO2 ist dabei das aktive Element. Es lässt sich mit Gleichstrom anregen und durch angeregte N2-Moleküle anstoßen. Während das passiert, stößt der Stoff spontan viel Strahlung aus und es kommt zum sogenannten Laserübergang. Helium hat die Aufgabe, die dabei entstehenden großen Wärmemengen aufzunehmen und abzuführen, um den Prozess zu kühlen und zu stabilisieren.
Abhängig vom verwendeten Laser müssen Anwender dabei unterschiedliche Lasergase kaufen. Diese bestehen dabei in aller Regel aus den genannten Stoffen, die in einem unterschiedlichen Mischungsverhältnis vorliegen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick.
| Lasergas kaufen | Zusammensetzung |
|---|---|
| Lasergas I | CO2: 4,5 % N2: 13,5 % He: 82,0 % |
| Lasergas II | CO2: 5,0 % N2: 55,0 % He: 40,0 % |
| Lasergas III | CO2: 3,4 % N2: 15,6 % He: 81,0 % |
| Lasergas IV | CO2: 1,7 % N2: 23,4 % He: 74,9 % |
| Lasergas V | CO2: 5,0 % N2: 35,0 % He: 60,0 % |
| Lasergas VI | CO2: 4,0 % N2: 35,0 % He: 60,0 % |
| Lasergas VII | CO2: 3,14 % N2: 31,4 % He: 65,46 % |
| Lasergas VIII | CO2: 5,4 % N2: 27,0 % He: 67,6 % |
Wichtig zu wissen: Die in der Tabelle aufgeführten Mischgase basieren auf CO2 4.5, N2 5.0 und He 4.6. Die Zusammensetzung, in der Kunden Lasergas kaufen können, hängt vom verwendeten Gerät ab. Informationen dazu finden sich in den jeweiligen Produktunterlagen. Unter Umständen sind auch andere Mischungsverhältnisse erforderlich.
Weitere Informationen zur genauen Zusammensetzung sowie wichtige Hinweise zu Gefahren, Lagerung und Handhabung der Stoffe finden Käufer im jeweiligen Lasergas Sicherheitsdatenblatt!
Lasergas kaufen: Gasflaschen, Bündel und Großtanks
Abhängig vom eigenen Bedarf können Anwender Prozess- und Lasergas in unterschiedlichen Gebindegrößen kaufen. Die kleinste Einheit stellen dabei 50 Liter Gasflaschen aus Stahl dar. Diese bevorraten etwa 9 bis 10 Kubikmeter Gas und lohnen sich für Nutzer mit geringem oder kurzzeitigem Bedarf.
Wer mehr Gas benötigt, kann auch Lasergas Gasflaschenbündel kaufen. Diese bestehen aus 12 50 Liter Gasflaschen mit einer gemeinsamen Entnahmemöglichkeit. Alle Einzelflaschen stehen dabei stabil in einem festen Rahmen. Die Lagerkapazität liegt bei etwa 110 bis 116 Kubikmetern.
Um mehr Lasergas zu bevorraten, lassen sich mehrere Gasflaschenbündel zu Bündelbatterieanlagen verbinden. Die einzelnen Bündel hängen dabei an einem gemeinsamen Sammler, aus dem sich das Gas zentral und besonders komfortabel entnehmen lässt.
Verschiedene Prozessgase lassen sich darüber hinaus auch in tiefkalt verflüssigter Form lagern. Große und superisolierte Tanks bevorraten die Stoffe dabei im flüssigen Zustand. Aus bis zu 80.000 Litern Flüssigkeit pro Tank lassen sich dabei mit einem Verdampfer über 50.000 Kubikmeter Gas gewinnen.
Lasergas mit Laser-Versorgungsanlagen selbst mischen
Wer Lasergas kauft, das bereits vorgemischt ist, erhält dieses in 50 Liter Gasflaschen aus Stahl oder Gasflaschenbündeln zu je 12 Flaschen. Das Handling ist aufwendig, da einzelne Gasflaschen häufiger zu tauschen sind. Außerdem ist der parallele Betrieb mehrere Laseranlagen nicht ohne Weiteres zu bewerkstelligen. Hinzu kommt die Tatsache, dass Anwender höhere Preise zahlen, wenn sie industriell vorgemischtes Lasergas kaufen.
Eine Alternative stellen Lasergas-Versorgungsanlagen dar. Diese bestehen aus Gasmischsystemen, die mit verschiedenen Gasflaschen, Gasflaschenbündeln, Bündelbatterien oder sogar mit größeren Tanks für tiefkalt verflüssigte Gase verbunden sind. Während die einzelnen Lagerbehälter die Ausgangsstoffe CO2, He und N2 bevorraten, sorgt die Gasmischanlage dafür, dass das Lasergas in der gewünschten Qualität zur Verfügung steht.
Um eine hohe Qualität sicherstellen zu können, setzen Hersteller dabei unter anderem auf zweistufige Druckminderer mit Edelstahl-Membran (für reine Gase geeignet), feuchtigkeits- sowie sauerstoffundurchlässige Verbindungsschläuche und Verrohrungen aus Kupfer oder Edelstahl. Letztere sind dabei in der Regel mit Formiergas gelötet und vor Inbetriebnahme auf Dichtheit und Festigkeit geprüft.
Sinnvoll ist eine solche Laser-Versorgungsanlage vor allem für Kunden mit hohem Lasergasbedarf und Betriebe, die mehrere Laser mit unterschiedlichen Gasanforderungen parallel betreiben.
