Der Laser als Schweißwerkzeug ist aus den Produktionshallen nicht mehr wegzudenken. Mithilfe des Lasers entstehen Endlosrohre und -profile, die aufgrund ihrer metallurgisch und mechanisch hervorragenden Eigenschaften in der Automobilindustrie, aber auch in der Medizintechnik, im Schaltschrankbau, Möbelbau, in der Architektur oder als Schutzrohr für Lichtwellenleiter in der Nachrichtentechnik eingesetzt werden. In der Herstellung von Edelstahlrohren und -profilen ersetzen Laserschweißanlagen zunehmend konventionelle Verfahren wie WIG, HF oder Mikroplasmaschweißen.
Höhere Geschwindigkeiten - geringere Wärmebeeinflussung
Die Vorteile des Lasers liegen auf der Hand: Schweißen Anwender mit dem Laser, steigern sie die Produktivität durch deutlich höhere Vorschubgeschwindigkeiten, niedrigere Ausfallraten und eine hohe Schweißnahtqualität. Daher ist das Werkzeug Laser für Hersteller von Rohren und Profilen und die weiterverarbeitende Industrie mittlerweile sehr wichtig.
Durch die hohe Prozessgeschwindigkeit und die gezielte Energieeinbringung, verbunden mit einem niedrigen Schweißnahtvolumen, kommt es beim Laserschweißen nur zu einer sehr schmalen Wärmeeinflusszone mit steilen Temperaturgradienten, die unter anderem die Gefahr der interkristallinen Korrosion minimieren. Die Prozessgeschwindigkeiten sind vom Material abhängig. Die höchsten Schweißgeschwindigkeiten lassen sich bei austenitischen Edelstählen erzielen. Wichtig beim Schweißen von Edelstahl ist es, im Schweißgut die Oxidanreicherung zu verhindern. Diese wird durch geeignete Schutzgase - Argon oder Helium - und eine abgestimmte Schutzgasführung erreicht. Weitere Vorteile des Laserschweißens liegen im äußerst geringen Materialverzug, im porenfreien Schweißgut und in der oxidfreien Schweißnaht - sowohl in der Wurzel als auch an der Nahtoberseite.
Die genannten Vorteile einer lasergeschweißten Naht werden beispielsweise für die Herstellung von Abgasrohren von Automobilen ausgenutzt. Hier erfordert die Katalysator-Technik hohe Qualitätsanforderungen an die Abgasrohre zwischen Motor und Katalysator. Spritzer, die beim Schweißen entstehen und sich beim Betrieb lösen, führen zwangsläufig zur Zerstörung des Katalysators.
An im Brauchwasserbereich und in der Chemie eingesetzte lasergeschweißte Edelstahlrohre oder Rohre allgemein werden ebenfalls hohe Qualitätsansprüche gestellt. Um eine absolute Spritzerfreiheit der Naht zu gewährleisten und Spritzerkontakte mit dem Grundwerkstoff zu vermeiden, wurden spezielle Gasführungssysteme entwickelt, die zudem den Oxidationsschutz der Wurzel und der Nahtoberseite übernehmen. Zusammengefasst bietet das Laserschweißen folgende Vorteile:
> oxidfreie Schweißnaht der Wurzel und Nahtoberseite
> spritzerarme Rohrinnenwand
> spritzerfreie Rohraußenwand
> Korrosionsbeständigkeit der Naht
> kein Schweißnahteinfall
> kein Nahtwurzeleinfall
> porenfreies Schweißgut
> kleines Nahtvolumen
> geringer Verzug
> gute Verformbarkeit der Naht aufgrund ihrer Festigkeit, Nahtgeometrie und dem geringen Wurzeldurchhang von weniger als 10 Prozent. Daher sind lasergeschweißte Rohre bestens für Umformverfahren wie Innenhochdruckumformung (IHU) oder Rohrbiegen geeignet.
Hocheffiziente Produktion
Profilieranlage, Laserstrahlquelle und Strahlführung bilden die Hauptkomponenten, aus denen eine Rohrschweißanlage mit Lasertechnik aufgebaut ist. Die Anforderungen, die Rohrhersteller und Laseranwender an dieses System stellen, sind hoch. Um die geforderte Ausschussraten von unter einem Prozent zu erreichen, werden Systeme eingesetzt, die eine hohe Verfügbarkeit und Prozessstabilität haben. Deshalb sind Rohrprofilieranlage, Strahlführungssystem und Laser technisch aufeinander abgestimmt. Kombiniert mit energieeffizienten Lasern von Trumpf (CO2-, Scheiben- oder Diodenlaser) entstehen so hochproduktive Anlagen zur (Endlos-)Rohrherstellung.
Weitere Rahmenbedingungen für hohe Anlagenverfügbarkeit und Prozessstabilität sind die Aufstellungsbedingungen, die Anpassung der optischen und elektrischen Schnittstellen zwischen Laser und Maschine sowie die hohen Anforderungen an die Schweißnahtvorbereitung.
Eine ungenügende Nahtvorbereitung mit einem zu großen Spalt kann einen Nahteinfall mit verringerter Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Rohres und eine vergleichsweise niedrige Vorschubgeschwindigkeit zur Folge haben. Geeignete Vorrichtungssysteme, die die Rohre fixieren, schaffen hier Abhilfe.
Die Bearbeitung der Bandkanten vor dem Schweißen, beispielsweise durch Schaben, beidseitig vor der Rollenstation angeordnet, verbessert nicht nur die Stoßkantengeometrie, sondern entfernt auch Verunreinigungen aus dem Spaltbereich.
Die Laserstrahlquelle wird über optische Komponenten und ein Nachführsystem in die bestehende Rollenstation integriert. Wegen der im Kontibetrieb wechselnden Lage des Schweißspaltes muss die Fokuslage des Lasers und damit die Fokussieroptik um diese Abweichung nachgeregelt werden. Dies geschieht mithilfe eines taktilen oder optischen Sensors, der die Abweichung des SchweißspaItes erfasst. Ein Messtaster ermittelt das Ausmaß der Abweichung, die dann durch einen Regelantrieb korrigiert wird.
Laser bestimmt die Effizienz der Rohrschweißanlage
Die Rentabilität einer Rohrschweißanlage wird zu einem großen Teil vom eingesetzten Laser bestimmt. Wichtige Anforderungen an die Strahlquelle sind eine hohe Verfügbarkeit, hohe Zuverlässigkeit, hohe BedienfreundIichkeit, geringer Wartungsaufwand, kurze Anlaufzeiten und minimale Betriebskosten. Auch technische Merkmale wie eine geeignete Strahlqualität, Leistungskonstanz, schnelle Laserleistungsregelung und 100-prozentige Leistungspräsenz beim Einschalten sind Eigenschaften, die der Laser mitbringen sollte. Der Laser bestimmt letztlich die Qualität der Schweißnaht. Trumpf als Komplettanbieter für Lasersysteme und Laserstrahlquellen bietet für Rohrschweißanlagen alle relevanten Komponenten aus einer Hand und ermöglicht so eine hohe Bauteilqualität und damit Effizienz des Prozesses.
Lasermarkierung: Qualitätssicherung und Organisation
Um auch nach Jahren noch die zweifelsfreie Rückverfolgbarkeit der Herstellerinformationen zu gewährleisten und damit die Qualitätskontrolle zu verbessern, ist eine eindeutige Beschriftung aller Baukomponenten erforderlich. Neben dem Schweißen hat sich der Laser auch beim Beschriften der Rohre und Profile als unverzichtbares Werkzeug etabliert. Derartige Markierungen müssen dauerhaft sein und so lange halten wie die Lebensdauer des Rohres. Die einfache Programmierbarkeit des Lasers erlaubt das flexible und dauerhafte Aufbringen der Markierung wie Texte, Seriennummern, Data-Matrix- und Bar-Codes, Logos und Zeichnungen.
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