Gase für die Laserbearbeitung

In der Industrie findet man hauptsächlich 2 große Familien an Laserquellen: CO2-Laser und Festkörperlaser (Nd:YAG Laser, Scheibenlaser und Faserlaser).

Beide erlauben es alle Materialien zu bearbeiten (Metalle, Glas, Holz, Verbundteile, Plastik, Keramik, …) und decken zahlreiche Arbeitsfelder ab (Schneiden, Schweißen, Bohren, Beschriftung, Beschichten, Oberflächenbehandlung, Reinigung, …).

Sie stellen Industrieanlagen dar, die sich durch Qualität und Geschwindigkeit auszeichnen.

Die Laserbetriebsgase und Hilfsgase spielen eine entscheidende Rolle, um die besten Ergebnisse und eine hohe Produktivität zu erreichen.

Wenn die Festkörperlaser ohne Laserbetriebsgase funktionieren, benötigt der CO2-Laser, sozusagen „mit Gas“, da sein laseraktives Medium eine Gasmischung ist (beinhaltet CO2), Gas als Quelle zum Lasern. Die Laserbetriebsgase sind Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Helium (He). Für einige CO2-Laser ist es nötig andere Elemente wie Kohlenstoffmonoxid (CO) oder Wasserstoff (H2) hinzuzufügen.
 

Entsprechend der Anwendung (Laserschneiden oder -schweißen) werden verschiedene Hilfsgase benötigt. Das Hilfsgas gleichachsig in die Düse zu befördern unterstützt die Abgabe des geschmolzenen Materials.

Der Laserstrahl beinhaltet ein ideales Instrument zum Schneiden für flache und dicke Materialien, welches eine unglaubliche Präzision liefert.

Die Wahl von Sauerstoff oder Stickstoff für das Laserschneiden ist abhängig von den Qualitätsanforderungen zur Anwendung. Die Reaktion von Sauerstoff mit Eisen setzt Hitze frei (exotherme Reaktion) und erlaubt es eine höhere Schneidgeschwindigkeit hervorzurufen als mit Stickstoff. Wichtig zu erwähnen ist, je reiner der Sauerstoff ist, desto höher die Schneidgeschwindigkeit. Sauerstoff ist also das bevorzugte Hilfsgas für nicht- oder leichtlegierte Stahle.

Trotzdem entsteht auf der Schneideoberfläche eine dünne Schicht an Oxyden, die während Lackierarbeiten nach dem Schneiden störend sein kann.

Während des Schneidens von rosfreiem Stahl kann die, durch den Sauerstoff als Schutzgas, erhaltene Oxydschicht, den Korrosionswiderstand des Stahls beeinträchtigen.

Man benutzt also Stickstoff als Hilfsgas, das nur eine mechanische Wirkung hat, für rostfreie Metalle, Aluminiumlegierungen oder Stahle bevor diese lackiert werden. Dies nennt man „Kahlschlag“.

Sensible Materialen wie Titan oder Zirkonium müssen vor Sauerstoff oder Stickstoff, d. h. vor der Umgebungsluft, geschützt werden. Man schneidet diese Materialien also mit sehr reinem Argon, am besten in einer mit Argon gefüllten Kammer.

Beim Laserschweißen benutzt man im Allgemeinen Argon, Stickstoff oder Helium für den Schutz der Schweißstelle.

Die Wahl des Schutzgases ist sehr wichtig für die Qualität der Schweißstellen, da seine Wirkung mit dem Laserstrahl maßgebend für die Energiezufuhr ist.