Stromschienen und Kontakte aus Kupfer: Warum die ersten Millisekunden über die Naht entscheiden – und was den Prozess stabil macht

Die Pulsenergie entscheidet, nicht die mittlere Leistung

Kupfer reflektiert Laserstrahlung bei 1064 nm (Nd:YAG) und 1070 nm (Faserlaser) im festen Zustand fast vollständig. Erst wenn die Oberfläche anschmilzt, springt die Absorption – dann läuft der Prozess stabil. Die gepulsten Nd:YAG-Systeme der Light-Serie liefern Pulsenergien bis 170 J und Spitzenleistungen bis 13 kW. Diese Energiedichte löst den Absorptionssprung sicher aus. Faserlaser der Fibre-Serie arbeiten bei 1070 nm, wahlweise gepulst oder im Dauerstrich (CW), mit Spotdurchmessern ab 0,1 mm – das bringt Vorteile bei feinen Kontakten und langen Nähten an Stromschienen.

Die Wärmeleitung zieht Energie aus der Fügezone

Kaum läuft der Prozess, zieht die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer die Energie schnell aus der Fügezone ab. Die Einschweißtiefe hängt deshalb direkt von der Energiedichte am Fleck ab – nicht von der mittleren Leistung der Laserschweißanlage. Moderne Systeme wie die von Sigma Laser nutzen Super Pulse Technology, um den Puls im Mikrosekundenbereich zu formen und die Wärmeeinflusszone klein zu halten. In der Praxis zählen vier Regeln für stabile Kupfernähte:

• Oberfläche metallisch blank und oxidfrei vorbereiten,
• Schutzgas (Argon) mit sauberer Gasführung einsetzen,
• Fokuslage und Pulsform am Muster einstellen,
• vor der Serie eine Probeschweißung auf dem eigenen Kupferwerkstoff durchführen.

Der Werkstoff entscheidet über Poren und Verzug

Beim Reparaturschweißen einer Kupferkokille oder beim Fügen von Stromschienen kommt es auf den Werkstoff an: Cu-ETP (2.0060) wird wegen seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit für Elektroden und Stromschienen eingesetzt. Sauerstofffreies OF-Kupfer (2.0040) vermeidet Porenbildung und eignet sich für Kokillen und Hochstromanwendungen. Mischverbindungen mit Aluminium oder Stahl brauchen abgestimmte Parameter, weil sich die Wärmeausdehnung unterscheidet. „Gerade bei Kupfer merkt man, wie wichtig eine saubere Oberfläche und die richtige Pulsform sind – sonst bleibt die Naht nicht dicht“, sagt Alexander Bellouzi, Senior Design & Engineering bei Sigma Laser.

Wer die Vorteile der Pulsformung für Kupfer nutzen will, kann mit einer Super Pulse Technology eine Probeschweißung am eigenen Bauteil ansetzen – und so Reflexion und Wärmeleitung gezielt in den Griff bekommen.