Laserschweißen oder WIG-Schweißen: Welches Verfahren passt zur Metallbearbeitung?

Dieser Vergleich geht die Punkte durch, die in der Praxis über die Wahl entscheiden: Wärmeeintrag und Verzug, Nahtbild, Geschwindigkeit, Spaltmaß und Fügevorbereitung, Werkstoffe, Einarbeitung und Arbeitsschutz.

Der Beitrag ersetzt weder eine Gefährdungsbeurteilung noch eine Rechtsberatung oder eine schweißtechnische Bewertung des konkreten Bauteils.

Zwei Wärmequellen, zwei Arbeitsweisen

Beim WIG-Schweißen wird der Strom über eine Wolframelektrode zugeführt, die nicht abschmilzt; geschweißt wird unter Schutzgas. Der Zusatzwerkstoff kommt getrennt dazu. EWM hebt hervor, dass Zugabe des Schweißzusatzes und Stromstärke dadurch entkoppelt sind.

Beim handgeführten Laserschweißen bündelt ein Faserlaser seine Strahlung im nahen Infrarot auf einen kleinen Brennfleck. Für die Handgeräte, die es selbst einsetzt, nennt das ifw Jena Fokusdurchmesser zwischen 50 und 150 µm. Moderne Handstücke pendeln den Strahl quer zur Naht, laut ifw bis zu 7 mm breit, und führen Draht zu.

Daraus folgt ein anderer Arbeitsstil. Beim WIG-Schweißen steuert die Hand Wärme und Zusatz. Beim Laser übernimmt nach Einschätzung des ifw die Technik einen Teil davon, und der Drahtvorschub gibt die Geschwindigkeit vor.

Wärmeeintrag und Verzug

Das Fraunhofer ILT beschreibt das Laserstrahlschweißen metallischer Werkstoffe als Verfahren, das sich „insbesondere durch einen geringen und kontrollierten Wärmeeintrag in das Bauteil“ auszeichnet. Das ifw Jena fasst den praktischen Effekt für Handgeräte knapp zusammen: schneller schweißen, weniger richten.

Wie viel Wärme je Nahtlänge ins Bauteil gelangt, hängt von Leistung und Vorschubgeschwindigkeit ab, außerdem von Werkstoff, Blechdicke und Nahtform. Eine allgemeingültige Prozentzahl für „weniger Verzug“ lässt sich daraus nicht ableiten.

Relevant wird der Unterschied vor allem dort, wo Verzug Folgekosten verursacht:

• dünne Bleche, die sich leicht verziehen
• Baugruppen, die nach dem Schweißen maßhaltig sein müssen
• Teile, bei denen das Richten einen spürbaren Anteil der Arbeitszeit ausmacht

Nahtbild, Einbrand und Nacharbeit

WIG steht für saubere Nähte. Fronius nennt als Vorteile, dass keine Schweißspritzer entstehen und die Nähte optisch besonders hochwertig sind; EWM beschreibt das Verfahren als „sauber“ und als besonders geeignet für Wurzellagen.

Beim handgeführten Laser liegt die Stärke eher im Einbrand. Das ifw Jena zeigt an einem Duplexstahl 1.4462, dass ein Vollanschluss einseitig möglich ist. Zugleich nennt es Anpassungsbedarf bei Zeichnungen — Vollanschluss statt a-Maß — und für den Nahtaufbau den Doppeldraht als Ansatz. Auch bei Normen sieht das ifw Anpassungsbedarf, damit der tiefe Einbrand nicht nur mit automatisierten und mechanisierten Systemen umgesetzt werden kann.

Ein gleichmäßiges Nahtbild ist noch kein Qualitätsnachweis. Welche Prüfungen eine Naht bestehen muss, ergibt sich aus den Anforderungen an das Bauteil — unabhängig vom Verfahren.

Geschwindigkeit und tatsächliche Durchlaufzeit

Fronius führt geringe Schweißgeschwindigkeiten als Nachteil des WIG-Verfahrens auf, EWM beschreibt die Abschmelzleistung als „nicht sehr groß“. Das ifw Jena nennt schnelleres Schweißen als Vorteil des Handlasers.

Für die Wirtschaftlichkeit zählt allerdings nicht nur die Zeit am Brenner. Hinzu kommen:

• Einrichten und Absichern des Laserbereichs
• Anlegen der Schutzausrüstung
• Positionieren der Absaugung
• Vorbereitung und Spannen der Teile
• Nacharbeit und Prüfung

Belastbar ist erst die gemessene Durchlaufzeit an eigenen Teilen.

Spaltmaß und Fügevorbereitung

Der Brennfleck misst nur einen Bruchteil eines Millimeters. Handgeräte bieten zusätzlich Strahlpendeln und Drahtzufuhr; die Drahtzufuhr dient laut ifw Jena unter anderem einer besseren Spaltüberbrückbarkeit.

Wie groß ein Spalt sein darf, hängt von Gerät, Pendelbreite, Draht, Werkstoff und Blechdicke ab. Als Orientierung aus einem anderen Umfeld: Für eine automatisierte Laserschweißzelle mit Drahtzufuhr gibt Trumpf an, Spalte bis zu 1 Millimeter Breite schließen zu können. Ein Richtwert für handgeführte Geräte ist das ausdrücklich nicht.

Für die Fügevorbereitung bedeutet das:

1. Zuschnitt und Kantenpassung prüfen, bevor die Naht geplant wird.
2. Teile so spannen, dass sich der Spalt beim Schweißen nicht öffnet.
3. Rückstände, Verunreinigungen und Beschichtungen im Nahtbereich möglichst entfernen. Die DGUV nennt in FBHM-135 das Entfernen von Rückständen und Verunreinigungen auf Werkstückoberflächen als Maßnahme beim WIG-Schweißen; beim Überschweißen organischer Beschichtungen können Pyrolyseprodukte entstehen.
4. Grenzwerte für den eigenen Spalt durch Probeschweißungen ermitteln.

Werkstoffe und Blechdicken

WIG ist bei den Werkstoffen breit aufgestellt. EWM formuliert es so: Wenn ein metallischer Werkstoff überhaupt schmelzschweißgeeignet ist, lässt er sich mit diesem Verfahren fügen. Die DGUV nennt unlegierte, niedrig- und hochlegierte Stähle sowie Aluminium, Kupfer, Nickel, Titan und deren Legierungen. Die untere Grenze liegt laut EWM bei Stahl bei etwa 0,3 mm, bei Aluminium und Kupfer bei 0,5 mm. Für große Werkstückdicken ist WIG laut Fronius nicht geeignet.

Beim Laser spielt die Reflexion eine Rolle. Das Fraunhofer ILT bezeichnet Kupfer und Aluminium bei einer Wellenlänge um 1 µm als hochreflektierend. Das betrifft den Prozess und — über reflektierte Strahlung — den Laserschutz.

Das Beamlux-Laserschweißgerät ist laut Herstellerangaben für Stahl, Edelstahl, verzinktes Blech und Aluminium vorgesehen.

Einarbeitung und Qualifikation der Schweißer

WIG gilt als anspruchsvoll. EWM spricht von einem geschickten „Händchen“ und guter Ausbildung, Fronius nennt die hohe erforderliche Fertigkeit als Nachteil.

Beim Handlaser gleicht nach Einschätzung des ifw Jena die Technik einen Teil der Erfahrung aus, vor allem Drahtvorschub und Strahlpendeln. In eigenen Tests mit Studierenden stellt das Institut eine Woche WIG-Training einem halben Tag am Handlaser gegenüber. Als Vorteil nennt es akzeptable Schweißergebnisse auch bei wenig Erfahrung.

Zwei Einschränkungen gehören dazu:

• Sehr erfahrene WIG-Schweißer sind laut ifw nicht immer die besten Laserschweißer. Sie müssen schneller schweißen, und Sehen, Hören und Fühlen des Prozesses sind anders.
• Kürzere Einarbeitung heißt nicht ohne Ausbildung. Das ifw bietet einen dreitägigen Lehrgang an, der mit einer Schweißerprüfung nach DIN EN ISO 9606-1 an CrNi-Stahl endet.

Unabhängig von Qualifikationsnachweisen verlangt § 8 OStrV bei Gefährdungen durch künstliche optische Strahlung eine Unterweisung auf Grundlage der Gefährdungsbeurteilung, und zwar vor Aufnahme der Beschäftigung und danach mindestens jährlich.

Laserschutz: Was Klasse 4 im Betrieb bedeutet

Hand-Laser-Maschinen sind nach Angaben der BG ETEM überwiegend Laser der Klasse 4. Gefährdungen entstehen durch den direkten oder reflektierten Strahl; bei leistungsstarken Geräten kann laut BG ETEM schlimmstenfalls schon die diffuse Reflexion aus dem Prozessbereich ungeschützte Augen gefährden. Die Strahlung im nahen Infrarot ist nicht sichtbar.

Daraus ergeben sich organisatorische Folgen, die es beim WIG-Schweißen so nicht gibt:

• Laserbereich: Nach TROS Laserstrahlung ist das der Bereich, in dem die Expositionsgrenzwerte überschritten werden können. Er muss sich nicht mit dem Arbeitsbereich decken.
• Laserschutzbeauftragter: Nach § 5 OStrV hat der Arbeitgeber vor Betriebsaufnahme von Lasereinrichtungen der Klassen 3R, 3B und 4 einen Laserschutzbeauftragten schriftlich zu bestellen, sofern er nicht selbst über die erforderlichen Fachkenntnisse verfügt. Die TROS nennt als Beispiel für übertragene Befugnisse die Abschaltung der Laser-Anlage bei festgestellten Mängeln. Die Verantwortung für Gefährdungsbeurteilung und Schutzmaßnahmen verbleibt beim Arbeitgeber.
• Sicherheitseinrichtungen: An den Systemen, die das ifw Jena beschreibt, gehören dazu eine Kontaktüberwachung am Werkstück, eine Anzeige am Handstück, ein drittes Element wie Fußschalter oder Plasmasensor sowie ein Schlüsselschalter.
• Schutzausrüstung: Eine Laserschutzbrille allein hält das ifw für längere Einsätze nicht für geeignet, weil sie das Gesicht nicht schützt. Wird im selben Bereich mit Lichtbogen und Laser geschweißt, empfiehlt es einen Hybridhelm.

Als Handlungshilfe für die Gefährdungsbeurteilung dient die DGUV Information 203-093. Hält der Arbeitgeber die TROS ein, kann er davon ausgehen, dass die entsprechenden Anforderungen der Verordnung erfüllt sind; andere Lösungen müssen mindestens die gleiche Sicherheit erreichen. Dieser Abschnitt gibt einen Überblick und ersetzt die Gefährdungsbeurteilung für den eigenen Arbeitsplatz nicht.

Rauch, Gase und Sekundärstrahlung

Auch WIG ist nicht emissionsfrei. Die DGUV beschreibt in FBHM-135, dass WIG-Schweißen Gefahrstoffe als Partikel und Gase freisetzt. Zu berücksichtigen sind unter anderem Ozon beim Schweißen von Aluminiumwerkstoffen und hochlegierten Stählen sowie thoriumhaltige Wolframelektroden; in der Regel sind Elektroden ohne Thoriumzusatz zu verwenden. Laut BGHM muss der Schweißbereich so ausgewählt oder abgeschirmt werden, dass Personen in der Umgebung vor Strahlung und Funkenflug geschützt sind.

Laserschweißen ist ebenfalls nicht emissionsfrei. Laut BG ETEM werden bei der Wechselwirkung des Strahls mit dem Werkstoff in der Regel partikelförmige und gasförmige Gefahrstoffe frei, außerdem kann UV-Strahlung und sichtbares Blaulicht als Sekundärstrahlung entstehen. Ein Forschungsprojekt der DGUV hat Titan als Werkstoff mit den stärksten Sekundärstrahlungsemissionen beim gepulsten Laserstrahlschweißen ermittelt. Vor allem bei Titan wurde der Expositionsgrenzwert nahe der Prozesszone teilweise nach weniger als einer Minute erreicht. Empfohlen werden lichtdichte Handschuhe und Kleidung.

Für beide Verfahren gilt deshalb: Absaugung an der Entstehungsstelle, Schutz der Haut und Abschirmung der Umgebung gehören in die Planung.

Wann WIG weiter die bessere Wahl ist

Das ifw Jena sieht handgeführtes Laserstrahlschweißen ausdrücklich nicht als Ersatz für Lichtbogenprozesse, sondern als Ergänzung. WIG kann die bessere Wahl bleiben, wenn:

• Wurzellagen geschweißt werden, für die EWM das Verfahren als besonders geeignet beschreibt
• Geometrie, Nahtabschnitt oder Nahtanforderung für den Handlaser nicht passen — eine Grenze, die das ifw ausdrücklich nennt
• Werkstoffe verarbeitet werden, die ein vorhandenes Lasergerät laut Herstellerangaben nicht abdeckt
• Zeichnungen und Qualifikationen auf WIG ausgelegt sind und eine Anpassung nicht wirtschaftlich ist
• im Betrieb noch kein Laser vorhanden ist und nur gelegentlich geschweißt wird, sodass Laserschutzbeauftragter, Laserbereich und Schutzausrüstung erst für wenige Nähte aufgebaut werden müssten
• an Stellen gearbeitet wird, an denen sich kein Laserbereich sicher einrichten lässt

Wann ein Laserschweißgerät in Betracht kommt

Ein Laserschweißgerät kann sich lohnen, wenn Verzug und Richtarbeit spürbare Kosten verursachen, wenn viele gleichartige Nähte anfallen, die zum Handlaser passen oder wenn Fachkräfte für anspruchsvolles WIG-Schweißen knapp sind. Das ifw nennt den Fachkräftemangel ausdrücklich als einen Treiber.

Das BL Laserschweißgerät von Beamlux ist fahrbar, wassergekühlt und arbeitet mit einem Faserlaser im Dauerstrich. Es ist in 1500, 2000, 3000 und 6000 W erhältlich, hat einen doppelt schwenkbaren Schweißkopf und ist für Schweißen, Schneiden, Schweißnahtreinigung und Rostentfernung vorgesehen. Die Ausführungen mit 1500 bis 3000 W beginnen ab 12.600 € zzgl. MwSt., die 6000-W-Ausführung gibt es auf Anfrage.

Zum Gerätepreis kommen Laserschutz, Absaugung, Schutzausrüstung und Einarbeitung. Ob sich die Anschaffung rechnet, hängt davon ab, wie viele Nähte tatsächlich vom Laser profitieren.

Fazit: Ergänzung, kein Ersatz

Laserschweißen oder WIG-Schweißen ist keine Grundsatzfrage, sondern eine Frage der Naht. Im Vergleich zeigt sich:

1. Der Laser kann mit geringerem Wärmeeintrag, weniger Verzug und höherer Geschwindigkeit schweißen.
2. WIG bleibt stark bei Wurzellagen, einem breiten Werkstoffspektrum und spritzerfreien Nähten.
3. Der Laser verlangt eine sorgfältige Fügevorbereitung und einen organisierten Laserschutz der Klasse 4.
4. Beide Verfahren setzen Gefahrstoffe frei und brauchen Absaugung.

Welches Verfahren zur eigenen Metallbearbeitung passt, lässt sich am zuverlässigsten mit Probeschweißungen an eigenen Bauteilen und einer vollständigen Rechnung einschließlich Arbeitsschutz klären.

Quellen

• Fraunhofer ILT – Fügen von Metallen — Laserstrahlschweißen mit geringem und kontrolliertem Wärmeeintrag; hohe Reflexion von Kupfer und Aluminium bei Wellenlängen um 1 µm.
• ifw Jena – „Handgeführtes Laserschweißen – Gefährdungen und Schutzmaßnahmen: Erfahrungsbericht aus der Schweißer-Ausbildung“ — Vortragsunterlage, veröffentlicht auf dguv.de im Bereich des Fachbereichs Holz und Metall; Vorteile, Grenzen, Sicherheitseinrichtungen, Schutzausrüstung und Ausbildung.
• DGUV – Fachbereich AKTUELL FBHM-135 „Gefährdungen durch Gefahrstoffe beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) – Präventionsmaßnahmen“ — Gefahrstoffe, Ozon, thoriumhaltige Elektroden und Schutzmaßnahmen beim WIG-Schweißen.
• BGHM – Arbeitsschutz kompakt 042 „WIG-Schweißen“ — Abschirmung gegen Strahlung und Funkenflug, Absaugung, Brandschutz.
• BG ETEM – etem-Magazin „Unterschätzte Risiken“ zu Hand-Laser-Maschinen — Laserklasse, Reflexion, Sekundärstrahlung und Gefahrstoffe bei handgeführten Laserschweißgeräten.
• IFA/DGUV – Forschungsprojekt FF-FP 0439 zur UV-Strahlung an handgeführten Laserschweißprozessen — Sekundärstrahlung, Expositionsgrenzwert bei Titan, Empfehlungen zu Haut- und Augenschutz.
• DGUV Information 203-093 — Handlungshilfe für die Gefährdungsbeurteilung beim Betrieb offener Laser-Einrichtungen zur Materialbearbeitung mit Handführung oder Handpositionierung.
• OStrV – Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung, § 5 und § 8 — Bestellung des Laserschutzbeauftragten und Unterweisung der Beschäftigten.
• TROS Laserstrahlung – Teil Allgemeines (BAuA) — Begriff Laserbereich, Aufgaben und Befugnisse des Laserschutzbeauftragten, Vermutungswirkung.
• EWM – Grundlagen des WIG-Schweißens — Verfahrensprinzip, Werkstoffe, Mindestblechdicken, Wurzellagen und Anforderungen an die Handfertigkeit.
• Fronius – Was ist WIG-Schweißen? — Vor- und Nachteile des WIG-Verfahrens.
• Trumpf – Pressemitteilung zur TruLaser Weld 5000 — Spaltüberbrückung mit Drahtzufuhr in einer automatisierten Laserschweißzelle.

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