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Jan 17,2026
Ein 1000-Watt-Handlaser-Schweißgerät kann bei sauberen Oberflächen und optimalen Prozesseinstellungen eine gute einlagige Durchdringung von etwa 2 bis 3 mm dickem Material erreichen, wenn es mit Kohlenstoffstahl oder 304-Edelstahl arbeitet. Die Begrenzung auf diesen Wert hängt damit zusammen, wie viel Leistung tatsächlich erforderlich ist, um den sogenannten Schlüssellochschweißmodus zu initiieren und aufrechtzuerhalten. Die Wärmeleitfähigkeit von Stahl beträgt etwa 50 Watt pro Meter Kelvin und sorgt so während des Prozesses für eine effiziente Energieübertragung. Praxisversuche zeigen, dass bei 304-Edelstahl eine Durchdringung von 3 mm bei einer Geschwindigkeit von etwa 0,8 Metern pro Minute unter Schutzgasatmosphäre mit Argon zuverlässig erreichbar ist. Kohlenstoffstahl erfordert zusätzliche Vorarbeiten zur Entfernung der Zunderhaut, da sonst Porositätsprobleme auftreten, wenn eine Dicke von 2,5 mm durchgeschweißt werden soll. Es ist äußerst wichtig, den Fokuspunkt innerhalb von ±0,2 mm gegenüber der idealen Tiefe zu halten, um stabile Schmelzbäder zu gewährleisten. Ohne ausreichende Inertgasabschirmung können Oberflächenoxidationen die effektive Durchdringung um bis zu 15 Prozent verringern.
Die Bearbeitung von NE-Metallen stellt echte Herausforderungen dar, wenn mit herkömmlichen 1000-Watt-Handgeräten eine tiefe Durchdringung erreicht werden soll. Nehmen Sie beispielsweise Aluminium: Es reflektiert etwa 90 % des einfallenden Laserlichts und leitet Wärme so schnell ab (rund 240 Watt pro Meter Kelvin), dass die meisten Bediener bereits bei einer Dicke von 1,5 mm in einem einzigen Durchgang an ihre Grenzen stoßen, selbst wenn sie Techniken wie Strahloszillation oder Helium-Schutzgas einsetzen. Bei Kupfer ist es noch schlimmer, da die Wärmeleitfähigkeit auf etwa 400 W/mK ansteigt, wodurch die Wärme so schnell entweicht, dass viele Techniker das Material vorwärmen müssen, um gerade einmal Tiefen von 1,2 mm zu erreichen. Messing bereitet wiederum ganz andere Probleme, da Zink ab einer Tiefe von mehr als 1,5 mm zu verdampfen beginnt, was zu lästigen Ausblaslöchern führt und die Schmelzverbindung zwischen den Schweißnähten uneinheitlich macht. In angesehenen Fachzeitschriften veröffentlichte Studien zeigen, dass selbst hochentwickelte blaue Laser und speziell formulierte Schutzgase aufgrund physikalischer Grundlagen – insbesondere der Wechselwirkung zwischen Elektronen und Phononen – bei Kupferlegierungen nicht über 1,3 mm hinauskommen. Versuche mit Mehrlagenschweißen führen meist zu starker Verzugsbildung und schlechter Haftung zwischen den Lagen, es sei denn, man arbeitet mit Anlagen, die über 1500 Watt Leistung verfügen. Dies macht die Herstellung dickerer Verbindungen an gängigen 1000-Watt-Handgeräten praktisch unmöglich.
Die Steigerung der Laserleistung von etwa 1000 Watt bis hin zu 4000 Watt ermöglicht deutlich tiefere Schweißnähte bei der Bearbeitung von Kohlenstoffstahl. Bei niedrigeren Leistungen wie 1000 W erzielen wir typischerweise etwa 3 mm pro Durchgang, doch durch Erhöhung auf 4000 W können wir nach mehreren Durchgängen eine Gesamttiefe von rund 6,5 mm erreichen. Der Grund für diese Verbesserung liegt darin, wie tief die Energie in das Material eindringt und wie gezielter die Wärme durch verschiedene Schichten gelenkt werden kann. Kohlenstoffstahl reflektiert ohnehin kaum Licht, sodass die intensiven Strahlen effizient in Schmelzenergie umgewandelt werden. Dennoch gibt es einen Punkt, ab dem eine weitere Leistungssteigerung über etwa 3000 W keine proportionalen Vorteile mehr bringt, da Störungen wie Plasmaabschirmung auftreten und sich die Wärme zu sehr seitlich ausbreitet. Um bei schrittweiser Tiefenvermehrung eine gute strukturelle Qualität beizubehalten, setzen die meisten Betriebe strategische Mehrlagen-Techniken mit sorgfältig geplanten Abkühlphasen dazwischen ein. Doch hier liegt das Problem: Jeder zusätzliche Millimeter erfordert deutlich langsamere Bewegungsgeschwindigkeiten und wesentlich feinere Parameteranpassungen, was die Produktionszeiten verlängert und den Bedienern vor Ort zusätzliche Arbeit beschert.
Die Verdopplung der Laserleistung führt nicht zu nein, nicht verdoppelter Eindringtiefe – ein verbreiteter Irrtum, der auf vereinfachten Energieannahmen beruht. Während 1000 W etwa 3 mm in Baustahl erreichen, liefert 2000 W typischerweise nur 4,5–5 mm – nicht 6 mm. Diese Nichtlinearität resultiert aus drei miteinander verbundenen physikalischen Grenzen:
Was für die Durchdringung wirklich entscheidend ist, ist nicht nur, wie viel Leistung wir auf etwas richten, sondern wie konzentriert diese Leistung ist. Wenn jemand die Leistungsabgabe verdoppelt, erhält er nicht zwangsläufig die doppelte Wirkung, es sei denn, der Strahl wird gleichzeitig deutlich kleiner. In realen Situationen verkleinert sich die Spotgröße tatsächlich nur um etwa 30 %, selbst wenn die Leistung um 100 % steigt. Sobald wir etwa 3000 Watt erreichen, nimmt die Effizienz schnell ab. Der Sprung von 3000 auf 4000 Watt führt nur zu einer ungefähr 25 % tieferen Durchdringung, was bei einem derartigen Leistungsschub ziemlich gering erscheint. Bei Arbeiten, die Schnitte mit einer Tiefe von mehr als 5 mm erfordern, lohnt es sich, die Kosten pro zusätzlichem Millimeter und den damit verbundenen apparativen Aufwand genauer zu betrachten. Manchmal könnten andere Methoden wie die Kombination von MIG-Schweißen mit Lasern oder gepulsten Lichtbögen langfristig kostengünstiger und einfacher sein.
Die erreichte Eindringtiefe mit einem 1000-W-Handlaserschweißgerät hängt tatsächlich von drei Hauptfaktoren ab, die mit Optik und Bewegungseinstellungen zusammenhängen. Am wichtigsten ist jedoch die Fokusposition. Wenn sich der Fokus selbst um nur einen halben Millimeter vom Ziel entfernt, kann sich die Eindringtiefe bei der Bearbeitung von Edelstahlmaterialien um bis zu 20 % verändern, da die Leistungskonzentration an der Oberfläche abnimmt, wo sie am stärksten sein muss. Wenn Bediener eine Strahloszillation oder das sogenannte Wackeln („wobbling“) einleiten, erzeugen sie tatsächlich einen breiteren Schmelzbadbereich. Dies verbessert die Überbrückung von Spalten in dickeren Verbindungen. Umgekehrt führt eine Verringerung der Spotgröße unter 0,2 mm zu einer deutlichen Erhöhung der Leistungsdichte, was tiefere Verschmelzungen im Material bewirkt. Hersteller, die diese Systeme für Anwendungen im Automobilblechbau getestet haben, stellen fest, dass eine Fokussteuerung innerhalb von ±0,1 mm während der gesamten Produktion konsistente Ergebnisse gewährleistet, die wiederholt den strukturellen Anforderungen genügen.
Die richtige Balance zwischen Scangeschwindigkeit und der Übergangs-Pausenzeit ist entscheidend beim Schweißen dickerer Abschnitte wie 6,5 mm Kohlenstoffstahl, wenn eine vollständige Durchschweißung ohne Probleme wie Durchbrennen oder kalte Lagen erreicht werden soll. Wenn die Bediener die Scangeschwindigkeit über etwa 10 mm pro Sekunde erhöhen, verringert dies den Wärmeeintrag und reduziert die wärmebeeinflusste Zone, birgt aber das reale Risiko einer unvollständigen Verschmelzung in tieferen Schweißlagen. Die meisten erfahrenen Schweißer, die mit 6,5-mm-Verbindungen arbeiten, haben festgestellt, dass eine Pause von etwa 400 bis 600 Millisekunden zwischen den einzelnen Lagen am besten geeignet ist. Diese kurze Unterbrechung ermöglicht es dem Metall, sich teilweise zu verfestigen und innere Spannungen abzubauen, was zur Bildung einer stabilen Wurzellage beiträgt. Zu langsames Arbeiten, beispielsweise unter 3 mm pro Sekunde, führt zu starkem Wärmestau und instabilen Schmelzbädern. Und wenn die Haltezeit unter 300 ms sinkt, insbesondere in den ersten beiden Lagen, neigen die Schweißverbindungen dazu, zwischen den Lagen schlecht zu haften. Diese Werte sind jedoch nicht absolut. Sie müssen je nach Faktoren wie der Art des verwendeten Stahls, der Geometrie der Fuge und sogar den Umgebungstemperaturen angepasst werden. Dennoch bieten diese Werte gute Ausgangspunkte für jeden, der seinen Schweißprozess entwickelt.
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