Die Laserfügetechnologie, auch Laserschweißtechnologie genannt, nutzt einen Hochleistungslaserstrahl, um die Bestrahlung der Materialoberfläche zu fokussieren und zu steuern. Die Materialoberfläche absorbiert die Laserenergie und wandelt sie in Wärmeenergie um. Dadurch erhitzt sich das Material lokal und schmilzt, bevor es abkühlt und erstarrt. So wird die Verbindung von homogenen oder ungleichen Werkstoffen erreicht. Für den Laserschweißprozess ist eine Laserleistungsdichte von 10¹² W/(m²K) erforderlich.4bis 108W/cm2Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren bietet das Laserschweißen folgende Vorteile.
Die Laserfügetechnologie, auch Laserschweißtechnologie genannt, nutzt einen Hochleistungslaserstrahl, um die Bestrahlung der Materialoberfläche zu fokussieren und zu steuern. Die Materialoberfläche absorbiert die Laserenergie und wandelt sie in Wärmeenergie um. Dadurch erhitzt sich das Material lokal und schmilzt, bevor es abkühlt und erstarrt. So wird die Verbindung von homogenen oder ungleichen Werkstoffen erreicht. Für den Laserschweißprozess ist eine Laserleistungsdichte von 10¹² W/(m²K) erforderlich.4bis 108W/cm2Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren bietet das Laserschweißen folgende Vorteile.
1 – Plasmawolke, 2 – schmelzendes Material, 3 – Schlüsselloch, 4 – Schmelztiefe
Aufgrund der Existenz des Keyholes erhöht der Laserstrahl nach Bestrahlung des Keyhole-Inneren die Absorption des Lasers durch das Material und fördert nach Streuung und anderen Effekten die Bildung des Schmelzbades. Die beiden Schweißverfahren werden wie folgt verglichen.
Die obige Abbildung zeigt den Laserschweißprozess des gleichen Materials und der gleichen Lichtquelle. Der Energieumwandlungsmechanismus erfolgt ausschließlich über das Keyhole. Keyhole und das geschmolzene Metall in der Nähe der Wand des Keyholes bewegen sich mit dem Vorschub des Laserstrahls. Das geschmolzene Metall verdrängt das Keyhole von der darin verbleibenden Luft, füllt es und bildet nach der Kondensation eine Schweißnaht.
Wenn es sich bei den zu verschweißenden Werkstoffen um unterschiedliche Metalle handelt, haben Unterschiede in den thermischen Eigenschaften einen großen Einfluss auf den Schweißprozess. Dazu gehören Unterschiede in Schmelzpunkten, Wärmeleitfähigkeit, spezifischer Wärmekapazität und Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Werkstoffe. Dies führt zu Schweißspannungen, Schweißverformungen und Veränderungen der Kristallisationsbedingungen des Schweißnahtmetalls, was eine Verringerung der mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht zur Folge hat.
Daher wurden je nach den unterschiedlichen Eigenschaften der Schweißsituation verschiedene Schweißverfahren entwickelt, wie z. B. Laserfüllschweißen, Laserlöten, Zweistrahl-Laserschweißen, Laserverbundschweißen usw.
Laser-Drahtfüllschweißen
Beim Laserschweißen von Aluminium-, Titan- und Kupferlegierungen führt die geringe Absorption von Laserlicht (<10 %) in diesen Materialien zu einer gewissen Abschirmung des Laserlichts durch das photogenerierte Plasma. Dadurch bilden sich leicht Spritzer, die zu Defekten wie Porosität und Rissen führen können. Darüber hinaus wird die Schweißqualität beim Sputtern dünner Bleche beeinträchtigt, wenn der Spalt zwischen den Werkstücken größer als der Spotdurchmesser ist.
Zur Lösung der oben genannten Probleme lässt sich durch die Verwendung von Zusatzwerkstoff ein besseres Schweißergebnis erzielen. Als Zusatzwerkstoff kann Draht oder Pulver verwendet werden, alternativ kann auch ein voreingestelltes Zusatzwerkstoffverfahren zum Einsatz kommen. Durch den kleinen Fokuspunkt wird die Schweißnaht nach dem Auftragen des Zusatzwerkstoffs schmaler und weist eine leicht konvexe Oberflächenform auf.
Laserlöten
Im Gegensatz zum Schmelzschweißen, bei dem zwei zu verschweißende Teile gleichzeitig aufgeschmolzen werden, wird beim Hartlöten ein Zusatzwerkstoff mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der Grundwerkstoff auf die Schweißnahtoberfläche aufgetragen, bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Grundwerkstoffs und oberhalb des Schmelzpunkts des Zusatzwerkstoffs aufgeschmolzen, um den Spalt zu füllen, und anschließend zu einer festen Schweißnaht kondensiert.
Hartlöten eignet sich für wärmeempfindliche mikroelektronische Bauelemente, dünne Platten und flüchtige metallische Werkstoffe.
Darüber hinaus kann man je nach Temperatur, bei der das Lötmaterial erhitzt wird, weiter in Weichlöten (<450 °C) und Hartlöten (>450 °C) einteilen.
Doppelstrahl-Laserschweißen
Das Zweistrahlschweißen ermöglicht eine flexible und bequeme Steuerung von Laserbestrahlungszeit und -position und damit eine Anpassung der Energieverteilung.
Es wird hauptsächlich zum Laserschweißen von Aluminium- und Magnesiumlegierungen, zum Stoß- und Überlappungsschweißen von Blechen für Automobile, zum Laserlöten und zum Tiefschweißen verwendet.
Der Doppelstrahl kann durch zwei unabhängige Laser oder durch Strahlteilung mit einem Strahlteiler erzeugt werden.
Die beiden Laserstrahlen können eine Kombination aus Lasern mit unterschiedlichen Zeitbereichseigenschaften (gepulst vs. kontinuierlich), unterschiedlichen Wellenlängen (mittleres Infrarot vs. sichtbare Wellenlängen) und unterschiedlichen Leistungen sein, die je nach dem tatsächlich zu bearbeitenden Material ausgewählt werden können.
4. Laserverbundschweißen
Da beim Laserschweißen mit nur einer Wärmequelle der Laserstrahl als einzige Wärmequelle dient, ist der Energieumwandlungs- und -nutzungsgrad gering. An der Schweißnaht-Grundmaterial-Übergangsstelle kommt es leicht zu Fehlausrichtungen, Poren, Rissen und anderen Mängeln. Um dieses Problem zu lösen, können die Heizeigenschaften anderer Wärmequellen genutzt werden, um die Erwärmung des Werkstücks durch den Laser zu verbessern. Dieses Verfahren wird üblicherweise als Laser-Verbundschweißen bezeichnet.
Die Hauptform des Laser-Verbundschweißens ist das Verbundschweißen von Laser und Lichtbogen, wobei der Effekt 1 + 1 > 2 wie folgt lautet.
nach dem Laserstrahl in der Nähe des angelegten Lichtbogens,Die Elektronendichte ist deutlich reduziertDie beim Laserschweißen erzeugte Plasmawolke wird verdünnt,kann die Laserabsorptionsrate erheblich verbessern, während der Lichtbogen auf dem Grundmaterial durch Vorwärmen die Absorptionsrate des Lasers weiter erhöht.
2. die hohe Energieausnutzung des Lichtbogens und die GesamtenergieausnutzungDie Energienutzung wird erhöht werden.
3. Der Wirkungsbereich des Laserschweißens ist klein, was leicht zu einer Fehlausrichtung der Schweißöffnung führen kann, während die thermische Wirkung des Lichtbogens groß ist, wasdie Fehlausrichtung der Schweißöffnung verringernGleichzeitigDie Schweißqualität und die Effizienz des Lichtbogens werden verbessert.aufgrund der fokussierenden und lenkenden Wirkung des Laserstrahls auf den Lichtbogen.
4. Laserschweißen mit hoher Spitzentemperatur, großer Wärmeeinflusszone, schneller Abkühlung und Erstarrungsgeschwindigkeit, wodurch leicht Risse und Poren entstehen; wohingegen die Wärmeeinflusszone des Lichtbogens klein ist, wodurch der Temperaturgradient, die Abkühlung und die Erstarrungsgeschwindigkeit reduziert werden können.kann die Entstehung von Poren und Rissen reduzieren und beseitigen..
Es gibt zwei gängige Verfahren zum Laser-Lichtbogen-Verbundschweißen: das Laser-WIG-Verbundschweißen (siehe unten) und das Laser-MIG-Verbundschweißen.
Es gibt auch andere Schweißverfahren wie Laser- und Plasmaschweißen sowie Laser- und induktives Wärmequellen-Verbundschweißen.
Über MavenLaser
Maven Laser ist führend in der industriellen Laseranwendung in China und ein anerkannter Anbieter globaler Laserbearbeitungslösungen. Wir verstehen die Entwicklungstrends der Fertigungsindustrie genau, erweitern kontinuierlich unser Produkt- und Lösungsportfolio und setzen konsequent auf die Integration von Automatisierung, Informationstechnologie und künstlicher Intelligenz in die Fertigungsindustrie. Unser Angebot umfasst Laserschweißanlagen, Lasermarkierungsanlagen, Laserreinigungsanlagen sowie Laserschneidanlagen für Gold- und Silberschmuck für diverse Branchen, darunter auch Anlagen mit voller Leistung. So bauen wir unsere Position im Bereich der Lasertechnik stetig aus.
Veröffentlichungsdatum: 13. Januar 2023
