Laserlassen kan worden gerealiseerd met behulp van een continue of gepulseerde lasergenerator. Het principe van laserlassen kan worden onderverdeeld in warmtegeleidingslassen en laser-diepsmelten. Bij een vermogensdichtheid van minder dan 10⁴-10⁵ W/cm² is er sprake van warmtegeleidingslassen, waarbij de smeltdiepte beperkt is en de lassnelheid laag. Wanneer de vermogensdichtheid groter is dan 10⁵-10⁷ W/cm², wordt het metaaloppervlak onder invloed van de warmte uitgehold tot "sleutelgaten", wat resulteert in diepsmelten. Dit kenmerkt zich door een hoge lassnelheid en een grote diepte-breedteverhouding.
Vandaag behandelen we voornamelijk de belangrijkste factoren die de kwaliteit van laser-dieplaslassen beïnvloeden.
1. Laservermogen
Bij laserlassen met diepe smelt bepaalt het laservermogen zowel de indringdiepte als de lassnelheid. De lasdiepte is rechtstreeks gerelateerd aan de vermogensdichtheid van de laserbundel en is een functie van het invallende bundelvermogen en de focus van de bundel. Over het algemeen geldt dat voor een laserbundel met een bepaalde diameter de indringdiepte toeneemt met een toenemend bundelvermogen.
2. Focuspunt
De straalspotgrootte is een van de belangrijkste variabelen bij laserlassen, omdat deze de vermogensdichtheid bepaalt. Het meten ervan is echter een uitdaging voor lasers met een hoog vermogen, hoewel er veel indirecte meettechnieken beschikbaar zijn.
De diffractielimiet van de focusvlek van de laserstraal kan worden berekend volgens de diffractietheorie, maar de werkelijke focusvlek is groter dan de berekende waarde vanwege de aanwezigheid van slechte focusreflectie. De eenvoudigste meetmethode is de iso-temperatuurprofielmethode, waarbij de diameter van de focusvlek en de perforatie worden gemeten nadat dik papier is verbrand en door een polypropyleenplaat is gepenetreerd. Deze methode maakt het mogelijk om door middel van metingen in de praktijk het laservermogen en de laserwerkingstijd te optimaliseren.
3. Beschermgas
Bij laserlassen worden vaak beschermgassen (helium, argon, stikstof) gebruikt om het smeltbad te beschermen en oxidatie van het werkstuk tijdens het lasproces te voorkomen. Een tweede reden voor het gebruik van beschermgas is de bescherming van de focuslens tegen verontreiniging door metaaldampen en sputteren door vloeibare druppels. Vooral bij laserlassen met een hoog vermogen is de uitstoot zeer krachtig, waardoor bescherming van de lens noodzakelijk is. Een derde effect van het beschermgas is dat het zeer effectief is in het verspreiden van de plasmaschild die ontstaat bij laserlassen met een hoog vermogen. De metaaldamp absorbeert de laserstraal en ioniseert tot een plasmawolk. Het beschermgas rond de metaaldamp ioniseert ook door de hitte. Als er te veel plasma is, wordt de laserstraal gedeeltelijk door het plasma geabsorbeerd. Door de aanwezigheid van plasma op het werkoppervlak wordt de lasdiepte geringerig en het smeltbad groter.
Hoe kies je het juiste beschermgas?
4. Absorptiesnelheid
De laserabsorptie van een materiaal hangt af van een aantal belangrijke materiaaleigenschappen, zoals de absorptiesnelheid, reflectiviteit, thermische geleidbaarheid, smelttemperatuur en verdampingstemperatuur. Van al deze factoren is de absorptiesnelheid de belangrijkste.
Twee factoren beïnvloeden de absorptiesnelheid van de laserstraal door het materiaal. De eerste is de soortelijke weerstand van het materiaal. Het is gebleken dat de absorptiesnelheid evenredig is met de wortel van de soortelijke weerstand, en dat deze coëfficiënt varieert met de temperatuur. Ten tweede heeft de oppervlaktestaat (of afwerking) van het materiaal een belangrijke invloed op de absorptiesnelheid van de straal, wat een significant effect heeft op het lasresultaat.
5. Lassnelheid
De lassnelheid heeft een grote invloed op de indringdiepte. Een hogere snelheid zorgt voor een geringere indringdiepte, maar een te lage snelheid leidt tot overmatig smelten van het materiaal en het doorlassen van het werkstuk. Daarom is er voor een bepaald materiaal, een bepaald laservermogen en een bepaalde dikte een optimaal lassnelheidsbereik, waarbij de maximale indringdiepte wordt bereikt bij de bijbehorende snelheid.
6. Brandpuntsafstand van de focuslens
In de kop van het laspistool wordt meestal een focuslens gemonteerd, doorgaans met een brandpuntsafstand van 63 tot 254 mm (diameter 2,5" tot 10"). De grootte van de focusspot is evenredig met de brandpuntsafstand; hoe korter de brandpuntsafstand, hoe kleiner de spot. De brandpuntsafstand beïnvloedt echter ook de scherptediepte, die evenredig toeneemt met de brandpuntsafstand. Een korte brandpuntsafstand kan dus de vermogensdichtheid verhogen, maar omdat de scherptediepte klein is, moet de afstand tussen de lens en het werkstuk nauwkeurig worden gehandhaafd en is de penetratiediepte beperkt. Vanwege de invloed van spatten en de lasermodus tijdens het lassen, is de kortste scherptediepte die in de praktijk wordt gebruikt meestal 126 mm (diameter 5"). Een lens met een brandpuntsafstand van 254 mm (diameter 10") kan worden gekozen wanneer de lasnaad groot is of wanneer de lasdiepte moet worden vergroot door de spotgrootte te vergroten. In dit geval is een hoger laservermogen (vermogensdichtheid) nodig om het gewenste effect van een diep doordringend gat te bereiken.
Meer vragen over de prijs en configuratie van een draagbare laserlasmachine
Geplaatst op: 27 september 2022