Was ist Laserschweißen? Laserschweißen erklärt! Alles, was Sie über das Laserschweißen wissen müssen, einschließlich der wichtigsten Prinzipien und wichtigsten Prozessparameter!
Viele Kunden verstehen die grundlegenden Funktionsprinzipien von Laserschweißmaschinen nicht, geschweige denn die Wahl der richtigen Laserschweißmaschine. Mimowork Laser ist jedoch hier, um Ihnen bei der richtigen Entscheidung zu helfen und Ihnen zusätzliche Unterstützung beim Verständnis des Laserschweißens zu bieten.
Was ist Laserschweißen?
Das Laserschweißen ist eine Art Schmelzschweißen, bei dem der Laserstrahl als Schweißwärmequelle verwendet wird. Das Schweißprinzip besteht darin, das aktive Medium durch eine spezielle Methode zu stimulieren, eine resonante Hohlraumschwingung zu bilden und sich dann in den stimulierten Strahlungsstrahl umzuwandeln, wenn der Strahl entsteht und das Werkstück einander berühren, wird die Energie vom Werkstück absorbiert, wenn die Temperatur den Schmelzpunkt des Materials erreicht, kann geschweißt werden.
Gemäß dem Hauptmechanismus des Schweißbades verfügt das Laserschweißen über zwei grundlegende Schweißmechanismen: Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen (Schlüssellochschweißen). Die beim Wärmeleitungsschweißen erzeugte Wärme wird durch Wärmeübertragung an das Werkstück verteilt, so dass die Schweißoberfläche schmilzt und es zu keiner Verdampfung kommt, was häufig beim Schweißen von dünnen Bauteilen mit niedriger Geschwindigkeit der Fall ist. Beim Tiefschmelzschweißen verdampft das Material und bildet eine große Menge Plasma. Aufgrund der erhöhten Hitze entstehen Löcher an der Vorderseite des Schmelzbades. Das Tiefschweißen ist das am weitesten verbreitete Laserschweißverfahren. Es kann das Werkstück gründlich verschweißen und die zugeführte Energie ist enorm, was zu einer hohen Schweißgeschwindigkeit führt.
Prozessparameter beim Laserschweißen
Es gibt viele Prozessparameter, die die Qualität des Laserschweißens beeinflussen, wie z. B. Leistungsdichte, Laserpulswellenform, Defokussierung, Schweißgeschwindigkeit und die Wahl des Hilfsschutzgases.
Laserleistungsdichte
Die Leistungsdichte ist einer der wichtigsten Parameter bei der Laserbearbeitung. Bei einer höheren Leistungsdichte kann die Oberflächenschicht innerhalb einer Mikrosekunde bis zum Siedepunkt erhitzt werden, was zu einer starken Verdampfung führt. Daher ist die hohe Leistungsdichte für Materialabtragsprozesse wie Bohren, Schneiden und Gravieren von Vorteil. Bei geringer Leistungsdichte dauert es mehrere Millisekunden, bis die Oberflächentemperatur den Siedepunkt erreicht, und bevor die Oberfläche verdampft, erreicht der Boden den Schmelzpunkt, wodurch leicht eine gut schmelzende Schweißnaht entsteht. Daher liegt der Leistungsdichtebereich beim Wärmeleitungslaserschweißen bei 104–106 W/cm2.
Laserpulswellenform
Die Wellenform des Laserimpulses ist nicht nur ein wichtiger Parameter zur Unterscheidung von Materialabtrag und Materialschmelze, sondern auch ein Schlüsselparameter zur Bestimmung des Volumens und der Kosten der Verarbeitungsausrüstung. Wenn der hochintensive Laserstrahl auf die Oberfläche des Materials geschossen wird, werden 60 bis 90 % der Laserenergie von der Oberfläche des Materials reflektiert und als Verlust betrachtet, insbesondere bei Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Titan und anderen Materialien starke Reflexion und schnelle Wärmeübertragung. Das Reflexionsvermögen eines Metalls variiert mit der Zeit während eines Laserpulses. Wenn die Oberflächentemperatur des Materials bis zum Schmelzpunkt ansteigt, nimmt der Reflexionsgrad schnell ab, und wenn sich die Oberfläche im Schmelzzustand befindet, stabilisiert sich der Reflexionsgrad auf einem bestimmten Wert.
Laserpulsbreite
Die Pulsbreite ist ein wichtiger Parameter beim gepulsten Laserschweißen. Die Pulsbreite wurde durch die Eindringtiefe und die Wärmeeinflusszone bestimmt. Je länger die Pulsbreite war, desto größer war die Wärmeeinflusszone und die Eindringtiefe nahm mit der halben Leistung der Pulsbreite zu. Allerdings führt eine Vergrößerung der Impulsbreite zu einer Verringerung der Spitzenleistung. Deshalb wird die Erhöhung der Impulsbreite im Allgemeinen beim Wärmeleitungsschweißen verwendet, was zu einer breiten und flachen Schweißnahtgröße führt, die sich besonders für das Überlappschweißen dünner und dicker Bleche eignet. Eine geringere Spitzenleistung führt jedoch zu einem übermäßigen Wärmeeintrag und jedes Material verfügt über eine optimale Impulsbreite, die die Eindringtiefe maximiert.
Defokussierungsmenge
Beim Laserschweißen ist in der Regel eine gewisse Defokussierung erforderlich, da die Leistungsdichte des Punktzentrums im Laserfokus zu hoch ist, wodurch das Schweißmaterial leicht in Löcher verdampft. Die Verteilung der Leistungsdichte ist in jeder vom Laserfokus entfernten Ebene relativ gleichmäßig.
Es gibt zwei Defokussierungsmodi:
Positive und negative Defokussierung. Befindet sich die Fokusebene über dem Werkstück, handelt es sich um eine positive Defokussierung; andernfalls handelt es sich um eine negative Defokussierung. Nach der Theorie der geometrischen Optik ist die Leistungsdichte auf der entsprechenden Ebene ungefähr gleich, wenn der Abstand zwischen der positiven und der negativen Defokussierungsebene und der Schweißebene gleich ist, tatsächlich ist die erhaltene Schmelzbadform jedoch unterschiedlich. Im Falle einer negativen Defokussierung kann eine größere Eindringtiefe erreicht werden, was mit dem Bildungsprozess des Schmelzbades zusammenhängt.
Schweißgeschwindigkeit
Die Schweißgeschwindigkeit bestimmt die Qualität der Schweißoberfläche, die Eindringtiefe, die Wärmeeinflusszone usw. Die Schweißgeschwindigkeit beeinflusst die Wärmezufuhr pro Zeiteinheit. Bei zu langsamer Schweißgeschwindigkeit ist die Wärmeeinbringung zu hoch und es kommt zum Durchbrennen des Werkstücks. Ist die Schweißgeschwindigkeit zu hoch, ist die Wärmeeinbringung zu gering, was dazu führt, dass das Werkstück teilweise und unvollendet verschweißt. Um den Einbrand zu verbessern, wird üblicherweise die Schweißgeschwindigkeit reduziert.
Zusätzliches Schutzgas
Beim Hochleistungslaserschweißen ist die Verwendung von Blashilfsgas ein unverzichtbares Verfahren. Einerseits um zu verhindern, dass Metallmaterialien zerstäuben und den Fokussierungsspiegel verunreinigen; Andererseits soll verhindert werden, dass das beim Schweißprozess erzeugte Plasma zu stark fokussiert und der Laser nicht die Oberfläche des Materials erreicht. Beim Laserschweißen werden häufig Helium, Argon, Stickstoff und andere Gase zum Schutz des Schmelzbades eingesetzt, um eine Oxidation des Werkstücks in der Schweißtechnik zu verhindern. Faktoren wie die Art des Schutzgases, die Größe des Luftstroms und der Blaswinkel haben einen großen Einfluss auf die Schweißergebnisse, und auch unterschiedliche Blasmethoden haben einen gewissen Einfluss auf die Schweißqualität.
Unser empfohlenes Hand-Laserschweißgerät:
Laserschweißer – Arbeitsumgebung
◾ Temperaturbereich der Arbeitsumgebung: 15~35 ℃
◾ Luftfeuchtigkeitsbereich der Arbeitsumgebung: < 70 %Keine Kondensation
◾ Kühlung: Ein Wasserkühler ist aufgrund der Funktion der Wärmeabfuhr für laserwärmeableitende Komponenten erforderlich, um einen einwandfreien Betrieb des Laserschweißgeräts sicherzustellen.
(Detaillierte Verwendung und Anleitung zum Wasserkühler finden Sie hier:Frostschutzmaßnahmen für CO2-Lasersysteme)
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 22. Dezember 2022