Was ist Laserschweißen? Laserschweißen erklärt! Alles, was Sie über Laserschweißen wissen müssen, einschließlich der wichtigsten Prinzipien und Prozessparameter!
Viele Kunden verstehen die grundlegenden Funktionsprinzipien von Laserschweißgeräten nicht, geschweige denn die Auswahl des richtigen Laserschweißgeräts. Mimowork Laser hilft Ihnen jedoch dabei, die richtige Entscheidung zu treffen und bietet Ihnen zusätzliche Unterstützung beim Verständnis des Laserschweißens.
Was ist Laserschweißen?
Laserschweißen ist eine Art Schmelzschweißen, bei dem der Laserstrahl als Schweißwärmequelle verwendet wird. Das Schweißprinzip besteht darin, durch eine spezielle Methode das aktive Medium zu stimulieren, wodurch eine Resonanzhohlraumschwingung entsteht, die dann in einen stimulierten Strahlungsstrahl umgewandelt wird. Wenn der Strahl und das Werkstück einander berühren, wird die Energie vom Werkstück absorbiert. Wenn die Temperatur den Schmelzpunkt des Materials erreicht, kann geschweißt werden.
Je nach Schweißbadprinzip gibt es beim Laserschweißen zwei grundlegende Schweißverfahren: Wärmeleitungsschweißen und Tieflochschweißen. Die beim Wärmeleitungsschweißen erzeugte Wärme wird durch Wärmeübertragung auf das Werkstück übertragen, sodass die Schweißoberfläche schmilzt; es kommt nicht zur Verdampfung. Dieses Verfahren wird häufig beim langsamen Schweißen dünner Bauteile eingesetzt. Beim Tiefschmelzschweißen verdampft das Material und bildet große Mengen Plasma. Durch die hohe Hitze entstehen Löcher im vorderen Teil des Schmelzbades. Tieflochschweißen ist die am häufigsten verwendete Laserschweißmethode. Es ermöglicht eine gründliche Verschweißung des Werkstücks und die enorme Eingangsenergie ermöglicht eine hohe Schweißgeschwindigkeit.
Prozessparameter beim Laserschweißen
Es gibt viele Prozessparameter, die die Qualität des Laserschweißens beeinflussen, wie z. B. Leistungsdichte, Laserpulswellenform, Defokussierung, Schweißgeschwindigkeit und die Wahl des zusätzlichen Schutzgases.
Laserleistungsdichte
Die Leistungsdichte ist einer der wichtigsten Parameter bei der Laserbearbeitung. Bei höherer Leistungsdichte kann die Oberflächenschicht innerhalb einer Mikrosekunde bis zum Siedepunkt erhitzt werden, was zu einer starken Verdampfung führt. Daher ist eine hohe Leistungsdichte für Materialabtragsprozesse wie Bohren, Schneiden und Gravieren von Vorteil. Bei niedriger Leistungsdichte dauert es mehrere Millisekunden, bis die Oberflächentemperatur den Siedepunkt erreicht. Bevor die Oberfläche verdampft, erreicht die Unterseite den Schmelzpunkt, wodurch eine gute Schmelzschweißung leicht entsteht. Beim Wärmeleitungslaserschweißen liegt der Leistungsdichtebereich daher bei 104–106 W/cm2.
Laserpulswellenform
Die Wellenform des Laserpulses ist nicht nur ein wichtiger Parameter zur Unterscheidung zwischen Materialabtrag und Materialschmelze, sondern auch ein entscheidender Parameter zur Bestimmung von Volumen und Kosten der Verarbeitungsanlage. Trifft ein hochintensiver Laserstrahl auf die Oberfläche eines Materials, werden 60–90 % der Laserenergie reflektiert und als Verlust betrachtet. Dies gilt insbesondere für Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Titan und andere Materialien mit starker Reflexion und schneller Wärmeübertragung. Der Reflexionsgrad eines Metalls variiert während eines Laserpulses mit der Zeit. Steigt die Oberflächentemperatur des Materials bis zum Schmelzpunkt, nimmt der Reflexionsgrad schnell ab, und wenn die Oberfläche schmilzt, stabilisiert sich der Reflexionsgrad bei einem bestimmten Wert.
Laserpulsbreite
Die Pulsbreite ist ein wichtiger Parameter beim gepulsten Laserschweißen. Die Pulsbreite wird durch die Eindringtiefe und die Wärmeeinflusszone bestimmt. Je länger die Pulsbreite, desto größer die Wärmeeinflusszone, und die Eindringtiefe steigt mit der halben Pulsbreite. Eine Erhöhung der Pulsbreite reduziert jedoch die Spitzenleistung. Daher wird eine Erhöhung der Pulsbreite üblicherweise beim Wärmeleitungsschweißen eingesetzt, was zu einer breiten und flachen Schweißnaht führt, die sich besonders für das Überlappschweißen von dünnen und dicken Blechen eignet. Eine geringere Spitzenleistung führt jedoch zu einer übermäßigen Wärmezufuhr, und jedes Material hat eine optimale Pulsbreite, die die Eindringtiefe maximiert.
Defokussierungsmenge
Beim Laserschweißen ist in der Regel eine gewisse Defokussierung erforderlich, da die Leistungsdichte im Zentrum des Laserfokus zu hoch ist und das Schweißmaterial leicht in Löcher verdampfen kann. Die Verteilung der Leistungsdichte ist in jeder Ebene außerhalb des Laserfokus relativ gleichmäßig.
Es gibt zwei Defokussierungsmodi:
Positive und negative Defokussierung. Liegt die Fokusebene über dem Werkstück, handelt es sich um eine positive Defokussierung, andernfalls um eine negative Defokussierung. Gemäß der Theorie der geometrischen Optik ist die Leistungsdichte auf der entsprechenden Ebene bei gleichem Abstand zwischen der positiven und negativen Defokussierungsebene und der Schweißebene annähernd gleich, die tatsächliche Form des Schmelzbades ist jedoch unterschiedlich. Bei negativer Defokussierung kann eine stärkere Durchdringung erreicht werden, was mit der Bildung des Schmelzbades zusammenhängt.
Schweißgeschwindigkeit
Die Schweißgeschwindigkeit bestimmt die Qualität der Schweißoberfläche, die Eindringtiefe, die Wärmeeinflusszone usw. Die Schweißgeschwindigkeit beeinflusst die Wärmezufuhr pro Zeiteinheit. Ist die Schweißgeschwindigkeit zu niedrig, ist die Wärmezufuhr zu hoch, was zum Durchbrennen des Werkstücks führt. Ist die Schweißgeschwindigkeit zu hoch, ist die Wärmezufuhr zu gering, was zu einer unvollständigen Schweißung des Werkstücks führt. Eine Reduzierung der Schweißgeschwindigkeit dient üblicherweise der Verbesserung der Eindringtiefe.
Zusätzliches Schlagschutzgas
Die Verwendung von zusätzlichem Schutzgas ist beim Hochleistungslaserschweißen unerlässlich. Zum einen verhindert es, dass Metalle spritzen und den Fokussierspiegel verunreinigen. Zum anderen verhindert es, dass das beim Schweißprozess entstehende Plasma zu stark fokussiert wird und der Laser die Materialoberfläche erreicht. Beim Laserschweißen werden häufig Helium, Argon, Stickstoff und andere Gase zum Schutz des Schmelzbades verwendet, um die Oxidation des Werkstücks zu verhindern. Faktoren wie die Art des Schutzgases, die Größe des Luftstroms und der Anblaswinkel haben großen Einfluss auf das Schweißergebnis, und auch unterschiedliche Anblasmethoden wirken sich auf die Schweißqualität aus.
Unser empfohlenes tragbares Laserschweißgerät:
Laserschweißer - Arbeitsumgebung
◾ Temperaturbereich der Arbeitsumgebung: 15~35 ℃
◾ Luftfeuchtigkeitsbereich der Arbeitsumgebung: < 70 %Keine Kondensation
◾ Kühlung: Ein Wasserkühler ist aufgrund der Funktion der Wärmeableitung für die wärmeableitenden Komponenten des Lasers erforderlich, um einen reibungslosen Betrieb des Laserschweißgeräts zu gewährleisten.
(Detaillierte Verwendung und Anleitung zum Wasserkühler finden Sie hier:Frostschutzmaßnahmen für CO2-Lasersysteme)
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Veröffentlichungszeit: 22. Dezember 2022