Titan ohne Alpha-Case: Warum die Naht silbern bleiben muss – und wie Schutzgasführung und Wärmeeintrag das beim Laserschweißen sichern

Wer nach dem Laserschweißen eine blau angelaufene Titannaht vor sich sieht, weiß: Hier hat Luft das Spiel gewonnen. Die silberne Farbe fehlt, stattdessen zeigen sich strohgelbe bis graue Töne. Für die Medizintechnik oder Luftfahrt ist diese Naht nicht akzeptabel, denn die spröde Randschicht (Alpha-Case) zerstört die Dauerfestigkeit. Die Lösung besteht aus zwei Hälften: Erstens muss das Schutzgas an drei Stellen wirken, zweitens darf der Wärmeeintrag nicht zu hoch sein. Details zu typischen Fehlerbildern und Werkstattlösungen finden Sie im Fachartikel zum Laserschweißen von Titan.

Die Schutzgasführung muss drei Stellen abdecken

In der Werkstatt entscheidet die Gasführung über die Nahtqualität. Argon deckt nicht nur das Schmelzbad, sondern auch die abkühlende Naht hinter der Schweißstelle und die Wurzel auf der Rückseite ab. Nur so bleibt die Naht silbern und frei von spröder Randschicht. Die drei kritischen Bereiche sind:

• das Schmelzbad,
• die Nachlaufzone (Nachströmzeit, Schleppdüse oder Kammer),
• der Wurzelschutz (Formiergas auf der Rückseite).

Die Farbe der Naht dient als Sichtprüfer: Eine silberne Naht zeigt, dass das Schutzgas an allen drei Stellen gewirkt hat. Strohgelb, braun, blau oder grau deuten auf Luftzutritt während der Abkühlung hin – je dunkler, desto unbrauchbarer die Verbindung.

Der Wärmeeintrag entscheidet über Randschicht und Verzug

Je weniger Wärme in das Titan eingebracht wird, desto kürzer bleibt das Material reaktiv und desto kleiner bleibt die Wärmeeinflusszone. Gepulste Nd:YAG-Laser mit 1064 nm oder Ytterbium-Faserlaser mit 1070 nm von Sigma Laser ermöglichen kurze, kontrollierte Pulse. Die Super Pulse Technology formt den Puls gezielt und hält die Wärmeeinflusszone klein. Alle sechs Systeme sind 5-Achs-Anlagen mit Leica-10×-Stereomikroskop – damit lassen sich auch gekrümmte Nähte an Implantaten, Instrumenten oder Luftfahrtbauteilen präzise führen. Mobile Systeme kommen zum Bauteil und erlauben Reparaturen direkt am Einsatzort.

Die Vorbereitung entscheidet über das Nahtbild

Vor dem Schweißen muss die Oberfläche metallisch blank und fettfrei sein. Der Zusatzdraht muss Titanqualität haben. Nahtbild, Einschweißtiefe und Wärmeeinflusszone prüft man am Muster. „Wer bei Titan nicht sauber vorbereitet, sieht das Ergebnis sofort an der Nahtfarbe – das verzeiht kein Material so wenig wie Titan“, sagt Alexander Bellouzi, Senior Design & Engineering bei Sigma Laser.

Wer die Schutzgasführung im Detail prüfen will, findet Tipps und Praxisbeispiele unter Schutzgasführung beim Laserschweißen. Eine Probeschweißung auf dem eigenen Titanbauteil zeigt, wie silbern die Naht wirklich bleibt.