Was ist Laserstrahlschweißen (LBW)?

Laserstrahlschweißen (LBW) nutzt einen fokussierten Laserstrahl, um Metall aufzuschmelzen und zu verbinden. Durch die stark konzentrierte Wärme kann LBW schnell schweißen, eine kleine Wärmeeinflusszone (WEZ/HAZ) (Bereich neben der Naht, der sich erwärmt), weniger Verzug und eine saubere Naht liefern – besonders bei dünnen bis mittleren Blechstärken.

LBW hat zwei Hauptmodi: Wärmeleitungsmodus (conduction) und Keyhole-Modus. Welcher Modus entsteht, hängt vor allem von der Leistungsdichte ab (wie viel Leistung im Strahlspot „gepackt“ ist).

Dieser Leitfaden richtet sich an Lohnfertiger, Metallbauer und Produktionsteams. Er erklärt, wie LBW funktioniert, welche Einstellungen entscheidend sind, wie typische Fehler behoben werden und wie Sie handgeführte gegenüber robotergestützten Laser-Schweißsystemen auswählen.

Kernaussagen

1) Was ist Laserstrahlschweißen (LBW)?

Laserstrahlschweißen ist ein Schmelzschweißverfahren. Ein Laser wird auf die Fuge fokussiert. Das Metall schmilzt, und während sich der Strahl entlang der Naht bewegt, kühlt das Schmelzbad ab und erstarrt zur Schweißnaht.

Der wesentliche Unterschied zu vielen Lichtbogenverfahren ist die Wärmeform: Ein Laser kann sehr viel Energie in einen sehr kleinen Punkt bringen. Deshalb kann LBW schnell schweißen und gleichzeitig die Wärmeeinbringung in die Umgebung gering halten.

In vielen Betrieben wird LBW mit Faserlaser-Schweißsystemen umgesetzt. Der Strahl wird über eine Faser zum Schweißkopf übertragen und dort mit Linsen fokussiert. Viele Schweißköpfe unterstützen zudem Wobble/Oszillation und speichern „Rezepte“ für bewährte Einstellungen.

Typische Einsatzbereiche

LBW ist besonders passend, wenn Geschwindigkeit, geringer Verzug und stabile Qualität zählen:

• Blechfertigung (Gehäuse, Schaltschränke, Halterungen)
• Automobil- und Transportteile
• Luft- und Raumfahrtstrukturen und Baugruppen
• Metallteile für Elektronik und Präzisionsbaugruppen
• Produktionslinien mit Robotern oder Portalen

2) Wärmeleitung vs Keyhole: zwei Schweißmodi

LBW arbeitet in zwei Hauptmodi. Der Modus hängt von der Leistungsdichte ab (Leistung geteilt durch Spotfläche am Werkstück). Vereinfacht: kleinerer Spot oder höhere Leistung erhöht die Leistungsdichte.

Wärmeleitungsmodus (Oberflächenaufschmelzung)

Im Wärmeleitungsmodus schmilzt vor allem die Oberfläche, und die Wärme fließt in das Bauteil. Die Nähte sind oft breiter und flacher. Das ist sinnvoll, wenn ein glattes Erscheinungsbild wichtig ist und kein tiefer Einbrand benötigt wird.

Keyhole-Modus (Tiefschweißen)

Im Keyhole-Modus ist der Strahl so intensiv, dass ein kleiner Anteil des Metalls verdampft. Dadurch entsteht ein winziger „Tunnel“ (Keyhole). Die Laserenergie koppelt tiefer ein, sodass die Naht tief und schmal werden kann.

Was das in der Praxis bedeutet

• Dünnes Blech + hohe Geschwindigkeit: Häufig wird Keyhole genutzt, weil damit Einbrand bei Taktzeit möglich ist.
• Sichtnähte / kosmetische Nähte: Wärmeleitung ist geeignet, wenn eine flache, gleichmäßige Naht gefragt ist.
• Stabilität zählt: Keyhole ist leistungsfähig, aber empfindlicher. Bei Instabilität treten eher Poren, Spritzer oder schwankender Einbrand auf.

3) LBW in 60 Sekunden: der Prozess einfach erklärt

Der Ablauf in klaren Schritten:

1. Strahl erzeugen: Die Laserquelle liefert Leistung.
2. Strahl übertragen: Die Faser führt den Strahl zum Schweißkopf.
3. Strahl fokussieren: Linsen erzeugen einen kleinen Spot auf der Fuge.
4. Schmelzbad bilden: Wärmeleitung oder Keyhole hängt von der Leistungsdichte ab.
5. Naht schützen: Schutzgas reduziert Oxidation und Defekte.
6. Gleichmäßig bewegen: Stabile Bewegung (Hand oder Roboter) hält die Naht konstant.
7. Erstarren: Das Schmelzbad kühlt ab und wird zur fertigen Naht.

Die meisten Parameteränderungen (Leistung, Geschwindigkeit, Fokus, Gas, Wobble, Draht) beeinflussen letztlich eine Sache: wie stabil das Schmelzbad ist und welche Form es annimmt.

4) Die 6 Einstellungen, die die Nahtqualität bestimmen

Viele Betriebe suchen „die eine perfekte Einstellung“. In der Praxis ist LBW immer eine Balance. Ziel ist ein stabiles „Sweet Spot“-Fenster, in dem das Schmelzbad ruhig bleibt und die Naht reproduzierbar ist.

Einstellung 1 — Laserleistung (und wie stark sie konzentriert ist)

Wirkung: Wie viel Energie pro Sekunde eingebracht wird. Zusammen mit dem Spot bestimmt das die Leistungsdichte.

Zu hoch: Durchbrand (bei dünnem Blech), Spritzer, Einbrandkerben (Undercut), starke Anlauffarben.

Zu niedrig: geringe Festigkeit, Bindefehler, zu flacher Einbrand.

Praxisregel: Wenn mehr Einbrand nötig ist, nicht nur Leistung erhöhen – zuerst Geschwindigkeit und Fokus prüfen.

Einstellung 2 — Vorschub-/Schweißgeschwindigkeit

Wirkung: Energie pro Nahtlänge.

Zu langsam: mehr Wärme, breitere Naht, mehr Verfärbung und höheres Verzugsrisiko.

Zu schnell: unzureichende Bindung und zu geringer Einbrand.

Praxisregel: Kleine Geschwindigkeitsänderungen lösen bei dünnen Blechen oft viele Probleme.

Einstellung 3 — Fokuslage

Wirkung: Spotgröße an der Oberfläche und damit die Leistungsdichte.

Fokus zu tief: mehr Einbrand, aber höheres Durchbrandrisiko bei dünnem Blech.

Fokus über Oberfläche: breiter und flacher; kann optisch gut wirken, aber die Wurzel schwächen.

Praxisregel: Nutzen Sie eine feste, wiederholbare Methode zur Fokuseinstellung (immer gleiche Referenz).

Einstellung 4 — Schutzgas (Art + Durchfluss + Düsenabstand)

Wirkung: Oxidation (Farbe), Oberfläche und häufig auch Porenrisiko.

Schlechte Gasabdeckung zeigt sich oft durch: schwarze/bläuliche Nahtfarbe, raue Oberfläche, mehr Spritzer oder schwankende Ergebnisse.

Praxisregel: Schutzgas ist ein Prozessparameter. Durchfluss stabil halten und Turbulenzen vermeiden.

Beispiel: Viele dünne Edelstahl-Setups nutzen Stickstoff als Schutzgas bei ≥ 20 L/min als Startpunkt (muss für Bauteil und Fuge getestet werden).

Einstellung 5 — Wobble / Oszillation (schnelle kleine Strahlbewegung)

Wobble bedeutet, dass der Strahl während des Schweißens in einem kleinen Muster bewegt wird (z. B. Kreise oder seitliches Pendeln).

Wirkung: Nahtbreite, Wärmeverteilung und häufig höhere Toleranz gegenüber kleinen Spaltänderungen.

Zu schmal: empfindlicher gegenüber Passung; Prozess wird „spitz“ und weniger tolerant.

Zu breit: Einbrand und Festigkeit können abnehmen.

Praxisregel: Wobble nutzen, um das stabile Fenster zu verbreitern, bevor man nur Leistung erhöht.

Einstellung 6 — Drahtzufuhr (wenn Füllen/Verstärkung nötig ist)

Drahtzufuhr bringt Zusatzwerkstoff ein. Das hilft bei kleinen Spalten oder wenn eine kräftigere Überhöhung gefordert ist.

Zu viel Draht: hohe Naht, schlechte Benetzung, unruhige Oberfläche.

Zu wenig Draht: Unterfüllung, geringe Verstärkung, niedrige Spalttoleranz.

Praxisregel: Draht muss zu Leistung und Geschwindigkeit passen – als Paket betrachten.

5) Passung & Spalt: warum Schweißen in der Praxis scheitert

Viele LBW-Probleme kommen nicht vom Laser, sondern von der Fuge: wechselnde Spalte, Versatz, Schmutz und instabiles Gas.

Regel 1: Spalt kontrollieren, bevor Sie Leistung „jagen“

Wenn der Spalt entlang der Naht variiert, muss das Schmelzbad ständig andere Bedingungen überbrücken. Das führt häufig zu:

• schwankendem Einbrand
• Einbrandkerben (Undercut)
• Bindefehlern
• lokalen Poren

Wobble hilft oft, ersetzt aber keine saubere Fugen- und Bauteilvorbereitung.

Regel 2: Kurz vor dem Schweißen reinigen

Öl, Lack, Oxide und Feuchtigkeit verursachen Defekte. Bei Aluminium ist Reinigung besonders kritisch.

Regel 3: Kantenqualität konstant halten

Grate und ungleichmäßige Kanten erzeugen Mikrospalte und instabile Ergebnisse.

Regel 4: Spannen ist Teil des Prozesses

Spannung hält die Ausrichtung stabil und reduziert Bewegung durch Wärme. Zudem werden Ergebnisse besser reproduzierbar.

6) Hinweise nach Werkstoff (Edelstahl / Stahl / Aluminium / verzinkt)

Edelstahl (304/316 und ähnlich)

Edelstahl ist häufig gut für LBW geeignet. Mit stabiler Gasabdeckung und passenden Parametern sind saubere Nähte und gute Festigkeit erreichbar.

Einfacher Tipp: Bei starken Anlauffarben zuerst Gasabdeckung prüfen und „überschüssige Wärme“ reduzieren (Geschwindigkeit und Wobble sind oft wichtiger als „noch mehr Leistung“).

Schneller Startbereich für Edelstahl

• Schutzgas: N₂ ≥ 20 L/min (Startpunkt)
• Fokus: 0 mm (auf der Oberfläche) als gängige Startreferenz
• Wobble-Breite: mit steigender Blechdicke schrittweise erhöhen

Immer an Fugenart, Spannvorrichtung und Festigkeitsanforderungen validieren.

Baustahl / unlegierter Stahl

Stahl lässt sich meist gut mit LBW schweißen. Wichtig sind stabile Gasführung und gleichmäßige Bewegung. Bei strengen Anforderungen (z. B. Kerbschlag) sollten HAZ-Effekte getestet und freigegeben werden.

Aluminium (1xxx/3xxx/5xxx/6xxx)

Aluminium ist oft anspruchsvoller, weil es Laserlicht stärker reflektiert und Wärme schnell abführt. Zudem reagiert es empfindlich auf Oxid/Verunreinigung – Poren sind deshalb häufiger.

Einfache Regel: Wenn Porosität das Hauptproblem ist, zuerst die „Front-End“-Ursachen lösen: Reinigung und stabile Gasabdeckung. Danach Fokus und Wobble nutzen, um das Prozessfenster zu verbreitern, bevor man Leistung weiter erhöht.

Verzinktes Blech (zinkbeschichteter Stahl)

Verzinktes Blech ist schweißbar, aber das Zinkverhalten macht den Prozess empfindlicher. Gute Absaugung/Lüftung, Tests und Qualitätsnachweis für Beschichtung und Fuge sind Pflicht.

7) Besser arbeiten: ein „Prozessfenster“ aufbauen

Hochwertiges LBW ist kein einziges „Magierrezept“. Es ist ein stabiler Einstellbereich, der für Ihre Teilefamilie funktioniert.

1. Fuge definieren: Überlapp/Stoß/Ecke, Spalttoleranz, Festigkeit/Optik.
2. Modus wählen: Wärmeleitung für flach/kosmetisch; Keyhole für Einbrand und Geschwindigkeit.
3. Baseline starten: Leistung, Geschwindigkeit, Fokus, Gas, Wobble, ggf. Draht.
4. Kleinen Testplan fahren: jeweils nur einen Parameter ändern, Ergebnisse dokumentieren.
5. Spannen und Reinigung festlegen: wie ein Teil des Rezepts behandeln.
6. Rezept speichern: mehrere bewährte Settings für typische Dickenbereiche ablegen.

8) Häufige Probleme & schnelle Lösungen (Checkliste)

Nutzen Sie diesen Abschnitt als tägliche Fehlersuche: Symptom → mögliche Ursache → schnelle Abhilfe.

1) Porosität (Lunker/Poren in der Naht)

Symptom: Pinholes, Blasen, reduzierte Festigkeit.

Mögliche Ursachen: verunreinigte Oberfläche, instabiles Gas, instabiles Keyhole.

Schnelle Abhilfe: näher am Schweißzeitpunkt reinigen; Gas stabilisieren; Geschwindigkeit/Fokus/Wobble so anpassen, dass das stabile Fenster größer wird.

2) Bindefehler / schwache Naht

Symptom: sieht geschweißt aus, versagt aber in Prüfung/Belastung.

Mögliche Ursachen: zu wenig Energie in der Fuge, zu hohe Geschwindigkeit, falscher Fokus, schlechte Passung.

Schnelle Abhilfe: leicht langsamer; Fokus neu prüfen; Passung verbessern; bei unvermeidbaren Spalten Drahtzufuhr nutzen.

3) Einbrandkerbe (Undercut)

Mögliche Ursachen: zu hohe Energiedichte oder falsches Verhältnis aus Leistung und Geschwindigkeit.

Schnelle Abhilfe: Wärmeeintrag reduzieren (kleine Geschwindigkeitssteigerung oder Fokusänderung); Wobble-Breite zur Dicke passend wählen.

4) Starke Verfärbung / schwarze Naht

Mögliche Ursachen: Gas schützt das Schmelzbad nicht ausreichend, zu hoher Wärmeeintrag, verschmutzte Oberfläche.

Schnelle Abhilfe: Gasdurchfluss und Düsenabstand stabilisieren; Geschwindigkeit leicht erhöhen; Reinigung verbessern.

5) Spritzer / instabile Naht

Mögliche Ursachen: instabiles Keyhole, unruhige Bewegung, verschmutzte Optik.

Schnelle Abhilfe: Leistung/Geschwindigkeit/Fokus neu balancieren; Wobble zur Stabilisierung einsetzen; Bewegungsführung verbessern; Optik prüfen.

9) Handgeführt vs Roboter: so wählen Sie das System

Die Wahl wird klar, wenn Sie fragen: Brauchen wir Flexibilität oder reproduzierbare Serienproduktion?

Option A: Handgeführtes Laserschweißen (flexibel)

Handgeräte sind ideal für wechselnde Teile, viele Stationen, kleine Losgrößen, Reparaturen und häufige Umrüstungen.

Wann Handgeräte gewinnen: wenn Flexibilität und schneller Einsatz entscheidend sind.

Option B: Roboter / 3D-Laserschweißen (reproduzierbar)

Robotik liefert stabile Geschwindigkeit, exakte Bahnführung und gleichbleibende Qualität über lange Serien.

Wann Robotik gewinnt: wenn konstante Output-Qualität, Stückzahlen und planbare Taktzeiten zählen.

Option C: Multifunktions-Handgeräte

Viele Betriebe bevorzugen Plattformen, die neben Schweißen auch Reinigen oder Schneiden unterstützen – für einen glatteren Workflow.

10) Sicherheit & Tipps für stabile Produktion

Industrielles Laserschweißen arbeitet oft mit hoher Laserleistung. Sicherheit ist verpflichtend: geeignete Schutzbrillen, kontrollierter Arbeitsbereich und klare Sicherheitsprozesse.

Für Prozessstabilität bauen Sie ein wiederholbares System: konstante Reinigung, konstantes Spannen, stabile Gasführung und gespeicherte Rezepte.

11) FAQ

Q1: Was ist Laserstrahlschweißen (LBW)?

Ein Schweißverfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl Metall entlang einer Fuge aufschmilzt und verbindet.

Q2: Worin liegt der Unterschied zwischen Wärmeleitung und Keyhole?

Wärmeleitung schmilzt überwiegend die Oberfläche mit flachem Einbrand. Keyhole entsteht bei höherer Leistungsdichte, bildet einen kleinen Dampftunnel und ermöglicht tieferen Einbrand.

Q3: Warum werden Nähte schwarz?

Meist ist die Schutzgasabdeckung instabil, der Wärmeeintrag zu hoch oder die Oberfläche verschmutzt.

Q4: Warum ist Aluminium anfälliger für Poren?

Weil Aluminium empfindlich auf Oxid und Verunreinigung reagiert und das Prozessfenster enger sein kann. Gute Reinigung und stabile Gasabdeckung helfen deutlich.

Q5: Wann sollte ich Wobble einsetzen?

Wenn Sie eine breitere Naht, einen stabileren Prozess oder mehr Toleranz gegenüber kleinen Spaltänderungen benötigen.

Q6: Wann ist Drahtzufuhr sinnvoll?

Wenn Spaltfüllung oder stärkere Nahtüberhöhung gebraucht wird – insbesondere bei nicht perfekter Passung.

Q7: Handgeführt oder Roboter – was entscheidet?

Handgeführt ist flexibel. Robotik ist reproduzierbar und besser für Stückzahlen.

12) Empfohlene interne Links