Das Laserschweißen kann mit dem kontinuierlichen oder gepulsten Lasergenerator realisiert werden. Das Prinzip des Laserschweißens lässt sich in Wärmeleitungsschweißen und Lasertiefschmelzschweißen unterteilen. Eine Leistungsdichte von weniger als 104–105 W/cm2 ist Wärmeleitungsschweißen, zu diesem Zeitpunkt sind die Schmelztiefe und die Schweißgeschwindigkeit langsam; Wenn die Leistungsdichte größer als 105–107 W/cm2 ist, wird die Metalloberfläche unter der Einwirkung von Wärme zu „Schlüssellöchern“ konkav, wodurch ein tiefes Schmelzschweißen entsteht, das die Eigenschaften einer schnellen Schweißgeschwindigkeit und eines großen Tiefen-Breiten-Verhältnisses aufweist.
Heute werden wir uns hauptsächlich mit dem Wissen über die wichtigsten Faktoren befassen, die die Qualität des Laser-Tiefschmelzschweißens beeinflussen
1. Laserleistung
Beim Laser-Tiefschmelzschweißen steuert die Laserleistung sowohl die Eindringtiefe als auch die Schweißgeschwindigkeit. Die Schweißtiefe steht in direktem Zusammenhang mit der Strahlleistungsdichte und ist eine Funktion der einfallenden Strahlleistung und des Strahlbrennflecks. Im Allgemeinen nimmt bei einem Laserstrahl mit einem bestimmten Durchmesser die Eindringtiefe mit zunehmender Strahlleistung zu.
2. Brennpunkt
Die Strahlfleckgröße ist eine der wichtigsten Variablen beim Laserschweißen, da sie die Leistungsdichte bestimmt. Für Hochleistungslaser stellt die Messung jedoch eine Herausforderung dar, obwohl viele indirekte Messtechniken zur Verfügung stehen.
Die Beugungsgrenzfleckgröße des Strahlfokus kann nach der Beugungstheorie berechnet werden, die tatsächliche Fleckgröße ist jedoch aufgrund der schlechten Fokusreflexion größer als der berechnete Wert. Die einfachste Messmethode ist die Isotemperaturprofilmethode, bei der der Durchmesser des Brennflecks und der Perforation gemessen wird, nachdem das dicke Papier verbrannt und durch die Polypropylenplatte eingedrungen ist. Diese Methode beherrscht durch die Messpraxis die Laserleistungsgröße und die Strahlwirkungszeit.
3. Schutzgas
Beim Laserschweißen werden häufig Schutzgase (Helium, Argon, Stickstoff) eingesetzt, um das Schmelzbad zu schützen und so eine Oxidation des Werkstücks im Schweißprozess zu verhindern. Der zweite Grund für die Verwendung von Schutzgas besteht darin, die Fokussierlinse vor Verunreinigungen durch Metalldämpfe und Sputtern durch Flüssigkeitströpfchen zu schützen. Besonders beim Hochleistungslaserschweißen wird der Auswurf sehr stark, es ist notwendig, die Linse zu schützen. Der dritte Effekt des Schutzgases besteht darin, dass es die beim Hochleistungslaserschweißen erzeugte Plasmaabschirmung sehr effektiv verteilt. Der Metalldampf absorbiert den Laserstrahl und ionisiert zu einer Plasmawolke. Auch das Schutzgas um den Metalldampf ionisiert durch Hitze. Wenn zu viel Plasma vorhanden ist, wird der Laserstrahl irgendwie vom Plasma verbraucht. Als zweite Energie existiert auf der Arbeitsfläche Plasma, wodurch die Schweißtiefe geringer und die Schweißbadoberfläche breiter wird.
Wie wählt man das richtige Schutzgas aus?
4. Absorptionsrate
Die Laserabsorption des Materials hängt von einigen wichtigen Eigenschaften des Materials ab, wie etwa der Absorptionsrate, dem Reflexionsvermögen, der Wärmeleitfähigkeit, der Schmelztemperatur und der Verdampfungstemperatur. Unter allen Faktoren ist die Absorptionsrate der wichtigste.
Zwei Faktoren beeinflussen die Absorptionsrate des Materials gegenüber dem Laserstrahl. Der erste ist der Widerstandskoeffizient des Materials. Es wurde festgestellt, dass die Absorptionsrate des Materials proportional zur Quadratwurzel des Widerstandskoeffizienten ist und der Widerstandskoeffizient mit der Temperatur variiert. Zweitens hat der Oberflächenzustand (oder die Oberflächenbeschaffenheit) des Materials einen wichtigen Einfluss auf die Absorptionsrate des Strahls, was sich erheblich auf die Schweißwirkung auswirkt.
5. Schweißgeschwindigkeit
Die Schweißgeschwindigkeit hat großen Einfluss auf die Eindringtiefe. Durch Erhöhen der Geschwindigkeit wird die Eindringtiefe geringer, eine zu niedrige Geschwindigkeit führt jedoch zu übermäßigem Schmelzen der Materialien und zum Durchschweißen des Werkstücks. Daher gibt es für ein bestimmtes Material mit einer bestimmten Laserleistung und einer bestimmten Dicke einen geeigneten Schweißgeschwindigkeitsbereich, und die maximale Eindringtiefe kann bei dem entsprechenden Geschwindigkeitswert erreicht werden.
6. Brennweite der Fokuslinse
Normalerweise wird eine Fokuslinse im Kopf der Schweißpistole installiert. Im Allgemeinen wird eine Brennweite von 63 bis 254 mm (Durchmesser 2,5 bis 10 Zoll) gewählt. Die Größe des Fokussierflecks ist proportional zur Brennweite. Je kürzer die Brennweite, desto kleiner der Fleck. Die Brennweite wirkt sich jedoch auch auf die Schärfentiefe aus, das heißt, die Schärfentiefe nimmt synchron mit der Brennweite zu, sodass eine kurze Brennweite die Leistungsdichte verbessern kann, aber aufgrund der geringen Schärfentiefe auch die Entfernung zwischen der Linse und dem Werkstück muss genau eingehalten werden und die Eindringtiefe ist nicht groß. Aufgrund des Einflusses von Spritzern und des Lasermodus beim Schweißen beträgt die kürzeste Brennweite beim tatsächlichen Schweißen meist 126 mm (Durchmesser 5 Zoll). Bei großen Nahtstellen kann ein Objektiv mit einer Brennweite von 254 mm (Durchmesser 10 Zoll) gewählt werden oder die Schweißnaht muss durch Erhöhen der Punktgröße vergrößert werden. In diesem Fall ist eine höhere Laserleistung (Leistungsdichte) erforderlich, um den Tieflocheffekt zu erzielen.
Weitere Fragen zum Preis und zur Konfiguration von Handlaserschweißgeräten
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27.09.2022