Laserschweißen in der Energie- und Umwelttechnik

Qualitätsgerecht hergestellter, lasergeschweißter Ventilanschluss an einem Wasserstoff-Hochdrucktank.
© Fraunhofer IWS
Qualitätsgerecht hergestellter, lasergeschweißter Ventilanschluss an einem Wasserstoff-Hochdrucktank.

Die Senkung von CO2-Emissionen bei der Stromerzeugung und das Aufhalten der Klimaerwärmung sind zentrale gesellschaftsbestimmende Themen des 21. Jahrhunderts. Insbesondere »grüne Energieressourcen« wie Sonnenlicht, Wind- und Wasserkraft können zur Herstellung von Wasserstoff als vielversprechender Energiespeicher herangezogen werden. Darüber hinaus gilt es, die Effizienz und Lebensdauer bestehender konventioneller Kraftwerke zu steigern oder sie durch moderne, energieeffiziente Kraftwerke zu ersetzen.

Konventionelle Schweißverfahren wie das Metall-Schutzgas- (MSG), Unterpulver- (UP) und Wolfram-Intergas-Schweißen (WIG) können Legierungen in ihren Werkstoff- und Oberflächeneigenschaften durch eine unzulässig hohe Wärmeeinbringung schädigen. Die daraus resultierende höhere Korrosionsneigung führt zu Rissbildungen an den Schweißnähten und damit zu einer kürzeren Lebensdauer der Bauteile. 


Vorteile durch das Laserstrahlschweißen


Werkstoff

  • Geeignet für Hochtemperaturwerkstoffe und additiv gefertigte Bauteile
  • Nutzung von Werkstoffpotentialen durch kosteneffiziente Herstellung neuartiger Legierungen, z. B. Übergang von Stahl zu thermisch hochbelastbaren Nickelwerkstoffen wie 617occ
  • Laser-Mehrlagenengstspalt-Schweißen (Laser-MES) geeignet für Schweißen dicker Wandstärken bis 140 Millimeter, heißrissgefährdeter Legierungen sowie hochlegierter und kohlenstoffhaltiger Stähle 


Prozess

  • Prozessstabiles Fügen mit hoher Reproduzierbarkeit bei Ausnutzung von Werkstoffeigenschaften, z. B. statische Festigkeit, Risswiderstand, Rissfortschritt, Kriechermüdung, Zeitstandfestigkeit
  • Einsparung teurer Zusatzwerkstoffe um bis zu 80 Prozent durch sehr schmale Schweißnähte
  • Nahterkennung und Prozessüberwachung durch Inline- und Offlinesensoren, z. B. optische Bilderkennung, Plasmadetektion, Akustik, Ultraschall


Anwendungsbeispiele

  • Turbinenbau: Läuferwellen, z. B. aus Stahl-Nickel-Legierungen aus 617occ, 718occ
  • Kraftwerksbau: Rohrleitungen, Wärmetauscher, Hochtemperaturanwendungen, Verdampfer, Kessel, z. B. aus Aluminium, Kupfer und Titan
  • Brennstoffzellen aus hochfesten Edelstahllegierungen