Stahl lasern: Baustahl und Werkzeugstahl dauerhaft kennzeichnen

Stahl lasern ist für einen Faserlaser eine der dankbarsten Aufgaben. Baustahl, Vergütungsstahl und Werkzeugstahl absorbieren die Wellenlänge von 1064 nm gut, sie reflektieren weit weniger als Kupfer oder Aluminium und leiten die Wärme langsamer ab. Die Markierung selbst gelingt deshalb meist auf Anhieb. Die Schwierigkeiten kommen von der Oberfläche und der Prozesskette: Unlegierter Stahl hat keinen eingebauten Korrosionsschutz, kommt oft geölt, gezundert oder brüniert in die Markierstation und wird nach dem Lasern häufig noch gehärtet, gestrahlt oder beschichtet. Ob die Kennzeichnung das überlebt, entscheiden Sie bei der Wahl des Verfahrens.

Was Stahl von Edelstahl unterscheidet

Edelstahl enthält genug Chrom, um eine dünne Passivschicht zu bilden. Beim Lasern geht es dort vor allem darum, diese Schicht nicht zu zerstören. Wie das funktioniert, beschreibt der Beitrag Edelstahl lasern.

Bei unlegiertem und niedriglegiertem Stahl gibt es diese Schicht nicht. Ein C45, ein S235 oder ein 42CrMo4 rostet an jeder blanken Stelle, ob dort eine Markierung sitzt oder nicht. An der Markierstelle verändert der Laser zwei Dinge: Er verbrennt das Schutzöl, mit dem die Teile aus der Zerspanung kommen, und er raut die Oberfläche bei einer Gravur auf. Beides gibt Feuchtigkeit an genau der Stelle eine Angriffsfläche, die später lesbar bleiben soll.

Für die Praxis heißt das: Markierte Teile, die ungeschützt ins Lager gehen, bekommen nach dem Lasern wieder Korrosionsschutzöl. Wer das in den Ablauf einplant, hat mit Rost an der Kennzeichnung selten Ärger.

Stahl lasern: welches Verfahren wann passt

Auf Stahl stehen drei Verfahren zur Wahl. Welches passt, hängt an der Oberfläche und an der Prozesskette danach.

Anlassbeschriftung

Der Laser erwärmt die Oberfläche knapp unter den Schmelzpunkt, und es wächst eine dunkle Oxidschicht. Material trägt er dabei kaum ab. Auf geschliffenem oder gedrehtem Stahl entsteht ein tiefbrauner bis schwarzer Kontrast, der sich gut von Kameras lesen lässt. Die Markierung ist glatt, nicht ertastbar und erzeugt keine Kerbe, was auf dynamisch belasteten Wellen oder Federn zählt.

Die Schwäche liegt in der geringen Dicke. Die Oxidschicht misst nur wenige Mikrometer. Strahlen, Schleifen oder ein Beizbad nehmen sie mit. Für Teile, die nach dem Markieren keine Oberflächenbehandlung mehr sehen, ist die Anlassbeschriftung trotzdem meist die beste Wahl.

Gravur mit Abtrag

Für Kennzeichnungen, die Nachbearbeitung, Verschleiß oder eine spätere Beschichtung überstehen müssen, trägt der Faserlaser Material ab. Typisch sind Werkzeugkennzeichnungen im Formenbau, Schlagzahlen-Ersatz auf Schmiedeteilen oder Seriennummern auf Rahmenteilen, die später gestrahlt und pulverbeschichtet werden. Die Tiefe bauen Sie über mehrere Durchgänge auf. Wie das bei größeren Tiefen funktioniert und wo die Grenzen liegen, steht unter Tiefengravur mit dem Laser.

Eine frische Gravur ist metallisch blank und rau. Ohne Öl oder Beschichtung setzt dort zuerst Flugrost an. Bei Teilen, die nach dem Gravieren direkt verzinkt oder lackiert werden, ist das egal, bei Lagerware dagegen nicht.

Beschichtung abtragen

Brünierte oder phosphatierte Teile markiert der Laser über einen anderen Weg. Er trägt die dunkle Konversionsschicht ab und legt den hellen Stahl darunter frei. Das gibt einen kräftigen Kontrast hell auf dunkel, schnell und mit wenig Energie. Die freigelegte Stelle hat danach allerdings keinen Schutz durch die Brünierung mehr und braucht wie der Rest des Teils ihr Öl. Bei lackierten oder pulverbeschichteten Stahlteilen gilt dasselbe Prinzip, mehr dazu unter Lackierte Oberflächen lasern.

Gehärteten Stahl und Werkzeugstahl markieren

Für den Laser ist es gleich, ob ein Werkzeug 20 oder 62 HRC hat. Er berührt das Teil nicht und braucht keine Kraft, um eine Markierung einzubringen. Das ist ein klarer Unterschied zum Nadelprägen, bei dem die Nadel auf gehärteten Oberflächen schneller verschleißt und die Prägetiefe sinkt. Einen Vergleich beider Verfahren finden Sie im Beitrag Laserbeschriftung oder Nadelprägen.

Die Wärme sollten Sie trotzdem im Blick behalten. Eine Anlassbeschriftung erwärmt die oberste Randschicht so stark, dass gehärteter Stahl dort örtlich angelassen werden kann. Auf einem Schaftbereich oder einer Stirnfläche stört das nicht. Auf Schneiden, Lagersitzen, Dichtflächen oder Führungsbahnen hat eine Markierung nichts verloren. Legen Sie die Markierposition deshalb schon in der Konstruktion fest.

Bei der Reihenfolge gilt eine Faustregel: so spät wie möglich markieren. Nach dem Härten und dem letzten Schleifen hat die Oberfläche ihren Endzustand, und kein späterer Arbeitsgang greift die Markierung mehr an. Muss das Teil schon vorher eine Nummer tragen, etwa weil die Chargenzuordnung durch die Wärmebehandlung laufen soll, wählen Sie eine Gravur mit genug Tiefe. Zunder und Verzug machen eine flache Markierung sonst schnell unlesbar.

Oberfläche vor dem Lasern: Öl, Zunder, Strahlbild

Die meisten Kontrastprobleme auf Stahl entstehen vor dem Laser. Ein dicker Ölfilm verdampft unter dem Strahl, raucht, hinterlässt bräunliche Ränder und schwankt von Teil zu Teil. Für reproduzierbare Codes reicht oft ein kurzes Abwischen oder ein definierter Reinigungsschritt vor der Station. Die Dämpfe aus Öl und Beschichtungen gehören abgesaugt, Hinweise zur Auslegung stehen im Beitrag über die Absaugung bei der Laserbeschriftung.

Zunder von warmgewalztem oder geschmiedetem Material ist ungleichmäßig dick und haftet unterschiedlich fest. Der Laser markiert darauf zwar, aber der Kontrast springt. Entweder Sie markieren auf einer bearbeiteten Fläche, oder Sie lassen den Laser in einem ersten Durchgang die Zunderschicht im Markierfeld abtragen und setzen den Code danach auf blanken Stahl.

Gestrahlte Flächen streuen das Licht. Eine dunkle Anlassmarkierung wirkt darauf grauer als auf einer geschliffenen Fläche. Hier hilft ein zweistufiges Vorgehen: Der Laser glättet zuerst das Feld mit niedriger Energie und schreibt dann darauf. Die passenden Werte finden Sie über ein Testraster, wie es unter Laserparameter einstellen beschrieben ist.

Data-Matrix und Rückverfolgung auf Stahlteilen

Wellen, Zahnräder, Flansche, Schmiedeteile und Schweißbaugruppen tragen heute häufig einen Data-Matrix-Code direkt am Teil. Auf Stahl gelingt das zuverlässig, wenn Sie Zellgröße, Kontrast und Lesesystem zusammen einfahren und die Oberfläche über die Serie gleich bleibt. Wie das in der Automobilfertigung aussieht, beschreibt der Beitrag Laserbeschriftung in der Automotive-Traceability.

Welches System zu Ihren Stahlteilen passt

Für Stahl genügt fast immer ein Faserlaser mit 1064 nm. Eine MOPA-Quelle lohnt sich, wenn Sie gleichmäßig schwarze Anlassmarkierungen oder sehr saubere Gravurgründe brauchen, weil sie die Pulsdauer an die Aufgabe anpasst.

Der GRAVIS Faserlaser ist für kleine bis mittlere Serien gebaut, vollständig umhaust und in Laserklasse 1. Für große, schwere oder sperrige Stahlteile und automatisierte Abläufe ist der GLX500 ausgelegt. Soll die Markierung in eine Linie oder Zelle, ist der INTEGRA das passende Integrationsgerät. Welche Variante und Leistung zu Bauteil und Stückzahl passt, klärt die Kaufberatung Beschriftungslaser.

Am sichersten entscheiden Sie mit einem Musterteil im Originalzustand, also geölt, gezundert oder gehärtet, so wie es später in die Station kommt. Wir markieren es in Rüthen mit dokumentierten Parametern und sagen Ihnen, welches Verfahren Ihre Prozesskette übersteht. Schreiben Sie uns.