Edelstahl ist aufgrund seiner inhärenten Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und Festigkeit eine Materiallösung, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird. Das Verbinden einzelner Edelstahlteile durch ein Hochleistungsschweißverfahren wird in vielen Anwendungen in der Automobil-, Medizin-, Militär- und Luft- und Raumfahrtindustrie (MIL/AERO) gegenüber anderen Schweiß- oder Klebemethoden bevorzugt, da lasergeschweißte Verbindungen die höchste Festigkeit und eine Vielzahl anderer bieten Vorteile. Dazu gehören:
Kleiner HAZ-Bereich:Edelstahlverbindungen müssen oft nicht nur stabil, sondern oft auch kosmetisch sauber sein. Der Laser bietet die kleinste Wärmeeinflusszone oder „HAZ“. Dadurch eignet sich das Laserschweißen auch ideal für Produkte mit komplizierten Schweißmustern oder bei denen der zu schweißende Bereich schwer zugänglich ist. Da der Laserstrahl so präzise fokussiert werden kann, ist auch die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung, Lochfraßbildung oder Verformung der umgebenden Oberflächen geringer.
Sauberer Prozess:Da es sich beim Laserschweißvorgang lediglich um das Verschmelzen von Metallen handelt, sind (normalerweise) keine Zusatzmaterialien erforderlich und es bestehen keine zusätzlichen Umweltrisiken. Dies macht das Laserschweißen oft zur kostengünstigsten und umweltfreundlichsten Option. Und bei Endprodukten wie Edelstahlrohren für medizinische Geräte und chirurgische Anwendungen sorgt die allgemeine Sauberkeit des Lasers dafür, dass die Produkte frei von Verunreinigungen und Graten geliefert werden.
Weniger Korrosion:Beim herkömmlichen WIG- oder MIG-Schweißen enthält die zum Schweißen verwendete Elektrode Spuren von Feuchtigkeit. Durch die Hitze des Schweißens zersetzt sich das Wasser schnell und setzt dabei Wasserstoff frei, der in das Metall eindringt und es brüchig macht. Da beim Laserschweißen keine Elektrode zur Wärmeleitung erforderlich ist, besteht keine Gefahr einer selbstverursachten Korrosion.
Präzision:Die Leistungsabgabe, die Größe der Schweißnaht, die Schweißnahttiefe, die Schweißgeschwindigkeit und die Spur des Laserstrahls auf der Edelstahloberfläche sind alle gut kontrollierbar. Das Ergebnis ist eine sehr präzise Schweißnaht. Aufgrund dieser optimalen Kontrolle können auch dünnste Edelstahlbleche lasergeschweißt werden.
Reduzierte thermische Verformung:Ein zusätzlicher Vorteil des Laserschweißens von Edelstahl ist die geringere thermische Verformung und die geringeren Eigenspannungen im Vergleich zu herkömmlichen Schweißtechniken. Dies ist besonders wichtig für rostfreie Stähle, die eine um 50 % größere Wärmeausdehnung als normale Kohlenstoffstähle aufweisen.
Automatisierung:Ein weiterer Vorteil eines hochkontrollierten Prozesses besteht darin, dass das Laserschweißen in hohem Maße programmierbar und robotergesteuert ist. Da es im Vergleich zu Metall-Inertgas-Schweißverfahren (MIG)* oder Wolfram-Inertgas-Schweißverfahren (WIG)* einfacher zu automatisieren ist, können eine höhere Wiederholgenauigkeit und ein schnellerer Durchsatz erreicht werden.
Die 4 Arten von Edelstahlmaterialien verstehen
Edelstahl wird entsprechend der Materialeigenschaft jedes Typs beschrieben. Dies sind die jeweiligen Überlegungen und Anforderungen zum Laserschweißen.
Austenitische Edelstähle
Bei der Edelstahlserie 300 handelt es sich um austenitische Edelstähle. Diese rostfreien Stähle werden in Anwendungen eingesetzt, die Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit erfordern und wenn Probleme im Zusammenhang mit der thermischen Verformung berücksichtigt werden. Die rostfreien Stähle der Serie 300 finden sich in einer Vielzahl von Anwendungen in der Erdöl-, Transport-, Chemie- und Energieerzeugungsindustrie. Diese rostfreien Stähle eignen sich besonders für Umgebungen mit hohen Temperaturen. Diese Edelstahlserie eignet sich sowohl für das Puls- als auch für das Dauerstrich-Laserschweißen (CW). Das Laserschweißen von Edelstahl bietet im Vergleich zu Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit der meisten austenitischen Edelstähle etwas bessere Schweißeindringtiefen und höhere Schweißgeschwindigkeiten. Die höheren Geschwindigkeiten beim Laserschweißen sind auch vorteilhaft, da sie die Korrosionsanfälligkeit verringern, die durch die Ausscheidung von Chromkarbiden an den Korngrenzen entsteht. Bei zu hoher Wärmeeinbringung beim Schweißvorgang kann es zur Ausfällung von Chromkarbiden kommen.
Ferritische Edelstähle
Die ferritischen Edelstahlsorten der Serie 400 enthalten typischerweise wenig bis gar kein Nickel und sind im Vergleich zu den austenitischen Sorten nicht so gut laserschweißbar. Das Laserschweißen ferritischer Edelstahlsorten beeinträchtigt in einigen Fällen die Verbindungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Verringerung der Zähigkeit ist teilweise auf die Bildung grober Körner in der Wärmeeinflusszone und die Martensitbildung zurückzuführen, die bei den Qualitäten mit höherem Kohlenstoffgehalt auftritt. Durch die schnelle Abkühlung kann die Wärmeeinflusszone eine höhere Härte aufweisen, was die Sprödigkeit erhöht.
Martensitische Edelstähle
The martensitic 400 series of stainless steel is more challenging to laser weld than the austenitic and ferritic grades. Laser welding high carbon martensitic grades (>{{0}}.15 % Kohlenstoff) kann dazu führen, dass das Material in der Wärmeeinflusszone spröde wird. Wenn martensitischer Edelstahl mit Kohlenstoffgehalten über 0,1 % geschweißt werden soll, kann die Verwendung eines austenitischen Edelstahlzusatzwerkstoffs die Schweißzähigkeit verbessern und die Rissanfälligkeit verringern, jedoch nicht die Sprödigkeit in der Wärmeeinflusszone verringern. Das Vorwärmen des Materials vor dem Schweißen oder das Anlassen des Materials auf 650-750 Grad nach dem Laserschweißen trägt dazu bei, die Sprödigkeit in der Wärmeeinflusszone zu verringern.
Duplex-Edelstähle
Duplex-Edelstähle sind eine Mischung aus austenitisch-ferritischen Edelstählen. Diese rostfreien Stähle zeichnen sich durch eine zweiphasige Mikrostruktur aus Austenit und Ferrit aus. Die Volumenanteile von Austenit und Ferrit sind ungefähr gleich. Die Hauptlegierungselemente sind Chrom, Nickel und Molybdän. Duplex-Edelstähle werden in der Regel auch mit geringen Mengen Stickstoff legiert. Duplexmaterial ist im Allgemeinen mit guten Ergebnissen schweißbar.