Kupfer ist aufgrund seiner hervorragenden elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ein wichtiger Werkstoff in der Elektromobilität und Elektrotechnik. Beim Laserstrahlschweißen stellt das Material jedoch besondere Anforderungen an die Prozessführung. Blaue und grüne Laserstrahlung eröffnen hier interessante Möglichkeiten für stabile und reproduzierbare Schweißprozesse.
Am Bayerischen Laserzentrum und am Lehrstuhl für Photonische Technologien (LPT) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg stehen für das Laserstrahlschweißen von Kupfer zwei leistungsstarke Lasersysteme zur Verfügung: ein grüner Laser mit 515 nm Wellenlänge und 3 kW Leistung sowie ein blauer Laser mit 445 nm und 4 kW. Durch die enge Zusammenarbeit beider Einrichtungen können wir die vorhandenen Kompetenzen und technischen Möglichkeiten bündeln, um unterschiedliche Schweißstrategien zu untersuchen und gezielt auf Werkstoff, Bauteilgeometrie und Qualitätsanforderungen abzustimmen.
Warum ist das Laserstrahlschweißen von Kupfer anspruchsvoll?
Kupfer reflektiert einen großen Teil einfallender infraroter Laserstrahlung. Gleichzeitig führt seine hohe Wärmeleitfähigkeit dazu, dass eingebrachte Energie schnell aus der Bearbeitungszone abfließt. Dies erschwert die kontrollierte Ausbildung der Schweißnaht und kann die Prozessstabilität beeinflussen.
Blaue und grüne Laserstrahlung werden von Kupfer deutlich stärker absorbiert als Laserstrahlung im nahen Infrarotbereich. Dadurch lässt sich die Energie insbesondere zu Prozessbeginn effizienter in den Werkstoff einkoppeln.
Blauer oder grüner Laser: Wo liegen die Unterschiede?
Beide Wellenlängen bieten Vorteile beim Schweißen hochreflektierender Werkstoffe. Welche Technologie sich eignet, hängt von der jeweiligen Anwendung ab.
- Grüner Laser: Präzise Schweißnähte
Grüne Laserstrahlung lässt sich gut fokussieren und ermöglicht hohe Leistungsdichten. Damit eignet sie sich sowohl für feine Schweißnähte als auch für das Wärmeleitungs- und Tiefschweißen von Kupfer. Durch gezielte Strahlformung kann die Energieverteilung zusätzlich an die Prozessanforderungen angepasst werden.
- Blauer Laser: Breite Anbindungsquerschnitte
Blaue Hochleistungslaser arbeiten häufig mit größeren Strahldurchmessern und eignen sich insbesondere für das Wärmeleitungsschweißen. Dadurch lassen sich breite Anbindungsquerschnitte realisieren, beispielsweise bei elektrischen Kontaktierungen. In Kombination mit Infrarotstrahlung sind zudem hybride Schweißprozesse möglich.
Anwendungen in Elektromobilität und Elektrotechnik
Typische Anwendungen sind das Schweißen von Busbars und Stromschienen, Batteriekomponenten sowie elektrischen Kontakten. Entscheidend für die Qualität der Fügeverbindung sind neben der Wellenlänge auch Materialstärke, Bauteilgeometrie, Strahlformung und Prozessstrategie.
Laserprozessentwicklung: Kompetenzen bündeln, Lösungen entwickeln
Das blz und der LPT verbinden ihre Kompetenzen in der Lasermaterialbearbeitung, um Unternehmen beim Wissenstransfer sowie bei der Entwicklung und Optimierung anspruchsvoller Laserstrahlschweißprozesse zu unterstützen. Die Kombination unterschiedlicher Laserquellen und die enge Zusammenarbeit ermöglichen es, verschiedene Prozessansätze zu untersuchen und auf konkrete industrielle Anforderungen abzustimmen.
Von der Machbarkeitsuntersuchung über die Auswahl geeigneter Laserquellen bis zur Prozessoptimierung begleiten wir Unternehmen auf dem Weg zu stabilen und reproduzierbaren Schweißverbindungen.
Sie möchten Kupfer mit blauer oder grüner Laserstrahlung schweißen? Sprechen Sie uns an – wir unterstützen Sie bei der Entwicklung, Umsetzung oder Optimierung des passenden Laserprozesses.
Titelbild: Schweißen mit blauer Laserstrahlung (Matthias Zutt, LPT)
Video: Vergleich Kupferschweißen mit grüner und blauer Laserstrahlung (Matthias Zutt, LPT)
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