Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren,Laserschweißenbietet erhebliche Vorteile – geringe Wärmeeinbringung, hohe Schweißgeschwindigkeit, kleine Wärmeeinflusszone.
In den letzten Jahren hat das Laserschweißen in der Automobilindustrie, im Schiffbau, in der Kernenergieindustrie und in der Luft- und Raumfahrtindustrie weite Verbreitung gefunden.
Die Luftfahrtindustrie und andere Hightech-Branchen werden immer häufiger eingesetzt, und mit der Senkung der Kosten kompletter Ausrüstungssätze steigt auch die Nachfrage nach Hardware im täglichen Bedarf.
Und auch andere Anwendungen im Alltag nahmen rasant zu. Gleichzeitig weist das Einzellaserschweißen aber auch gewisse Nachteile auf.
Kann den immer vielfältigeren Anforderungen nicht gerecht werden: Erstens sind die Anforderungen an den Schweißspalt beim Einzellaserschweißen sehr streng.
Üblicherweise ist ein Spalt von < 0,2 mm erforderlich, da sonst eine gute Verbindung schwer herzustellen ist; Zweitens,Einzellaserschweißenist sehr empfindlich gegenüber Schweißrissen
Es kann sehr leicht zu Schweißnahtrisse kommen, und die Zusammensetzung der Schweißnaht kann nicht so angepasst werden, dass die Rissbildung kontrolliert wird; Drittens, einzelne
Beim Laserschweißen dicker Bleche werden Laser mit extrem hoher Leistung benötigt, und die Eindringtiefe hängt vollständig von der Laserleistung ab.
Und die Schweißqualität kann nicht vollständig garantiert werden.
Um den Entwicklungsbedürfnissen verschiedener Industrien gerecht zu werden, wurden auch die Methoden des Laserschweißens verbessert und entsprechende Entwicklungen vorangetrieben, wie beispielsweise in diesem Artikel beschrieben.
Das Laser-Drahtfüllschweißen und andere Schweißverfahren werden beschrieben. Das Laser-Drahtfüllschweißen wurde auf der Grundlage des Einzellaserschweißens entwickelt.
Im Vergleich zum Einzellaserschweißen bietet es deutliche Vorteile:
①Die Montageanforderungen am Werkstück werden erheblich reduziert, da durch die Zugabe von Schweißdraht zum Schweißprozess das Schmelzbad deutlich vergrößert wird und Überbrückungen ermöglicht werden.
Verbinden Sie die Schweißnaht mit einem größeren Schweißspalt und sorgen Sie gleichzeitig für eine vollere Schweißnaht.
Die Mikrostruktureigenschaften des Schweißbereichs lassen sich steuern, da die Zusammensetzung des Schweißdrahts sich von der des Grundwerkstoffs der Schweißverbindung unterscheidet.
Nachdem der Draht im Schmelzbad aufgeschmolzen ist, können Qualität, Zusammensetzung und Anteil des Schmelzbades angepasst werden, um den Erstarrungsprozess und die Ausbildung des Mikrogefüges zu steuern.
(3) Der Energieeintrag in die Schweißnaht ist gering, die Wärmeeinflusszone und die thermische Verformung sind gering, was sehr förderlich für das Schweißen von Werkstücken mit strengen Verformungsanforderungen ist;
④Mit geringerer Laserleistung lassen sich dickere Materialien schweißen, da durch die Zugabe von Schweißdraht zum Schweißprozess mehrere Schweißungen möglich sind.
Das Schmelzbad wird deutlich vergrößert, sodass die Schweißnaht geöffnet werden kann, um die tatsächliche Größe des Schweißbauteils zu reduzieren.
Laserschweißen der Dicke und anschließendes Mehrkanal-Laserdrahtschweißen von dickem Plattenmaterial.
Der Unterschied zwischen Laserdrahtschweißen und Laserdrahtschweißen
Die Form des Laser-Drahtfüllschweißens ist in Abbildung 1 dargestellt; sie unterscheidet sich vom Laser-Drahtfülllöten in Abbildung 2. Die grundlegenden Elemente beider Schweißverfahren sind:
Konsistent, bestehen aus einem Laserstrahl, Schweißdraht, Schweißteilen und Schutzgas; je nach Bedarf wird entschieden, ob zusätzliche Komponenten benötigt werden.
Die wichtigsten Ausrüstungsgegenstände sind: Drahtvorschubmaschine, Schweißmaschine, Drahtfüllschweißpistole, Schweißkopf, Hochleistungslaser.
Abbildung 1 Laserdrahtschweißen
Abbildung 2 Laserdrahtlöten
Obwohl sich die beiden Schweißverfahren äußerlich im Grunde nicht unterscheiden, besteht ein wesentlicher Unterschied im Wesen. Beim Laserdrahtschweißen
Der Laser verwendet im Allgemeinen einen Hochleistungsfaserlaser, wie in Abbildung 3 dargestellt. Der Laser benötigt nicht nur einen Schweißdraht, sondern muss auch das Grundmetall aufschmelzen.
Beim Lasertiefschweißen entsteht im Grundwerkstoff ein spezieller Locheffekt, der ein tiefes Schmelzbad bildet und bei dem sich die Zusammensetzung des Schweißdrahts vollständig mit der Metallzusammensetzung des Grundwerkstoffs vermischt.
Es bildet sich ein neues hybrides Schmelzbad, dessen Elementzusammensetzung, Anteil und Qualität höher sind als die des Schweißdrahts und des Grundwerkstoffs.
Daher kann dem Schweißprozess entsprechend den Leistungsmängeln des Grundwerkstoffs selbst der geeignete Schweißdraht hinzugefügt werden, um die Schweißeffizienz zu verbessern.
Auf der optischen Ebene werden die Rissbeständigkeit, die Ermüdungsbeständigkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und andere Eigenschaften der Schweißnaht gezielt verbessert.
Darüber hinaus kann das Laserdrahtschweißen als mehrkanaliges Stapelschweißen eingesetzt werden, da es eine tiefe Schweißnaht mit kleinem Locheffekt ermöglicht, was erreicht werden kann.
Durch die vollständige Verschmelzung der beiden unteren Lagen der Schweißnaht werden schwerwiegende Fehler wie mangelnde Verschmelzung vermieden, sodass auch Verbindungen mit großer Dicke geschweißt werden können.
WannLaserdrahtBeim Hartlöten wird im Allgemeinen ein Hochleistungs-Halbleiterlaser verwendet, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Beim Schweißdraht wirkt nur eine sehr geringe Laserenergie auf die Schweißnaht ein und schmilzt eine geringe Menge Metall an der Schweißnahtoberfläche auf, wobei das Schmelzbad durch das Aufschmelzen nahezu vollständig aufgeschmolzen wird.
Der Schweißdraht bildet sich, daher hängt die Schweißnahtqualität hauptsächlich von der Elementzusammensetzung und dem Anteil des Schweißdrahts und des geschmolzenen Schweißdrahts an der Schweißstelle ab.
Der Hauptzweck des Laserdrahtlötens besteht darin, eine bestimmte Verbindungsfestigkeit der Schweißverbindung zu erreichen.
Beim Abdichten und Laserdrahtlöten ist ein mehrkanaliges Stapelschweißen nicht möglich, die oberen und unteren Schweißlagen können im Grunde nicht fest verbunden werden.
Die Verbindung ist nun vollständig und effektiv verschmolzen, ihre mechanischen Eigenschaften sind jedoch sehr schlecht.
Anwendungsgebiet des Laserdrahtschweißens
Mit der Weiterentwicklung der Laser-Drahtfüllschweißtechnologie und der Erhöhung der Laserleistungsgrenze erweitert sich der Anwendungsbereich vonLaser-Drahtfüllschweißen
Immer umfassender, vor allem in folgenden Aspekten:
Laserdrahtschweißen von Aluminiumlegierung
Da die Aluminiumlegierung selbst eine hohe Reflexionsfähigkeit gegenüber dem Laserlicht und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wird die Aluminiumlegierung im Allgemeinen lasergeschweißt.
Wenn eine hohe Laserleistung erforderlich ist, führt dies bei niedrigsiedenden Elementen in Aluminiumlegierungen (wie z. B. Mg, Zn usw.) zu erheblichen Verdampfungs- und Verbrennungsverlusten.
Gleichzeitig beeinflusst die niedrige Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls die Erstarrungseigenschaften der Schweißnaht, und diese Gründe führen zur Existenz von Problemen beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen.
Viele Probleme – mangelhafte mechanische Eigenschaften der Schweißverbindungen, unzureichende Schweißnahtformung, Porosität und Risse sind gravierend. Stattdessen wird ein Laser zum Füllen des Drahtes verwendet.
Das Schweißen von Aluminiumlegierungen wird diese Probleme deutlich verbessern:
①Durch Laserdrahtschweißen lässt sich die Vertiefung der Schweißnahtoberfläche verringern und die Schweißnahtqualität effektiv verbessern.Typischerweise ist der Schweißprozess sehr spritzig;
②Die Zugabe von Schweißdraht kann nicht nur die Kristallorientierung zylindrischer Kristalle in der Schweißnaht beeinflussen, sondern auch die Schweißnaht verdünnen.Die durch das relative Wachstum des säulenförmigen Kernkristalls erzeugte kristalline Grenzfläche verbessert die Schweißnahtbildung und erhöht zudem die Absorptionsrate des Materials für den Laser.
Mit zunehmender Schmelzbreite sinkt die Mikrohärte leicht, und die Zugfestigkeit und Dehnung der Verbindung werden unter den optimierten Prozessparametern signifikant sein.
Verbesserung; (3) Durch Schweißen mit geeigneten Prozessparametern lassen sich keine offensichtlichen inneren Defekte, eine Mikrohärte von HV60 oder höher und eine optimale Wärmeeinflusszone (WEZ) erzielen.
Es ist keine offensichtliche Erweichung der Schweißverbindung in der Zone festzustellen, und der Bruch tritt beim Zugversuch im Grundmaterialbereich auf.
Laserdrahtschweißen von ungleichen Metallen
In manchen anspruchsvollen Arbeitsumgebungen oder aus Kostengründen ist es oft notwendig, mehrere Aspekte eines Werkstücks gleichzeitig zu bearbeiten.
Besondere Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, hohe spezifische Festigkeit, Hitzebeständigkeit, Verschleißfestigkeit, hohe Leitfähigkeit, gute Wärmeableitung usw., aber die überwiegende Mehrheit
Metallische Werkstoffe können nicht gleichzeitig mehrere herausragende Spezialeigenschaften aufweisen, und metallische Werkstoffe mit Spezialeigenschaften sind oft
Da sie knapp und teuer sind und nicht in großen Mengen verwendet werden können, ist es wichtig, verschiedene Materialien mit besonderen Eigenschaften zu verwenden, um eine effektive Verbindung herzustellen.
Kann die Anwendungsanforderungen erfüllen. Die Unterschiede in den physikalischen und chemischen Eigenschaften ungleicher Metallwerkstoffe sind im Allgemeinen groß, was beim Schweißprozess unvermeidbar ist.
Die Bildung intermetallischer Verbindungen, die einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von Schweißverbindungen haben, führt dazu, dass die Schweißnaht sehr leicht reißt.
Es ist sehr schwierig, mit einem einzelnen Laser direkt Verbindungen unterschiedlicher Metalle zu schweißen, und die Stabilität des Prozesses ist schwer zu kontrollieren.
Schwierigkeiten bei der Reproduktion. Zahlreiche Wissenschaftler und Experten haben festgestellt, dass das Laserdrahtschweißen relativ gut zum Schweißen ungleicher Metalle geeignet ist, und die Wahl ist angemessen.
Der Schweißdraht kann die Bildung intermetallischer Verbindungen bis zu einem gewissen Grad hemmen und die mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen erheblich verbessern.
Leistung:
①Eine Mg/Cu-Überlappverbindung, die mittels Laser-Drahtfüllschweißen hergestellt wird, kann unter geeigneten Prozessparametern gut ausgebildet werden.Die maximale Scherfestigkeit von Verbindungen ungleicher Metalle mit einer bestimmten Festigkeit kann 164,2 MPa erreichen, was 64 % der Scherfestigkeit des Magnesiumlegierungs-Grundmetalls entspricht.
② Das Schweißen von Al/Ti-Überlapp- und Stumpfverbindungen wurde untersucht, und die Ergebnisse zeigen, dass der Schweißprozess stabil ist und eine feste Schweißverbindung entsteht, wenn ein rechteckiger Lichtfleck verwendet wird.Schönes Design, breites Spektrum an Prozessparametern, hohe Schweißnahtqualität, die maximale Zugfestigkeit erreicht 94 % derjenigen des Aluminiumlegierungs-Grundwerkstoffs;Verbesserung der Schweißnahtformung.Bei Werkstücken mit tragenden Eigenschaften verringert sich die effektive Dicke, wenn die Schweißnaht versagt, und die mechanischen Eigenschaften verschlechtern sich, wenn die Schweißnaht reißt.
Dies führt zu Spannungskonzentrationen am Schweißnahtrand und verringert die mechanischen Eigenschaften. Bei Werkstücken mit optischen Anforderungen kann ein Versagen der Schweißnaht zum Ausfall der Schweißnaht führen.
Ein Hängenbleiben oder Einklemmen an der Kante kann die Optik erheblich beeinträchtigen und ist inakzeptabel. Um eine vollständige Schweißnaht zu gewährleisten, wird das Laserdrahtschweißen eingesetzt.
Es ist eine sehr gute Methode, da der Schweißdraht im Schmelzbad verschmilzt, wodurch das Volumen des Schmelzbads effektiv erhöht und somit eine vollständige Schweißnaht gewährleistet wird.
Bisskantendefekt.
Für das Werkstück mit einem großen Fugenspalt (im Allgemeinen≥Bei einer Dicke von 0,3 mm ist es schwierig, durch Einzellaserschweißen eine effektive Verbindung zu erzielen, und es kann nur eine Füllung vorgenommen werden.
Durch zusätzliches Material kann der Schweißspalt aufgefüllt werden, daher ist das Laserdrahtschweißen eine sehr effektive Lösung.
Kehlnahtschweißen mit schmalem Spalt
Das Laser-Drahtfüllschweißen mit schmalem Spalt ermöglicht das effektive Verschweißen von mitteldicken und dicken Blechen durch den Einsatz von Lasern mit geringer und mittlerer Leistung, nicht nur durch Hinzufügen von Schweißpunkten.
Durch die Verwendung von Draht wird die Zusammensetzung und Struktur des Schweißguts verändert, die Gesamtleistung der Schweißverbindung verbessert und die Steigung beim Einzellaserschweißen optimiert.
Die Anpassungsfähigkeit und Fehlertoleranz des Mundspalts, die schmale Wärmeeinflusszone der Schweißnaht und die geringe Spannung der Schweißverbindung führen zu einer hervorragenden Funktion.
Deshalb haben in den letzten Jahren viele Experten und Wissenschaftler entsprechende Forschungen dazu durchgeführt:
①Mehrkanal-Laserdrahtfüllung mit schmalem SpaltMit einem Schweißverfahren wurde eine 40 mm dicke Q345D-Schiffsstahlplatte verschweißt. Die Ergebnisse zeigen, dass mit geeigneten Schweißprozessparametern eine gute Form erzielt werden kann.
Die Schweißverbindung ist porenfrei, weist keine Mängel wie z. B. fehlende Verschmelzung auf, die Schlagzähigkeit der Schweißnahtmitte ist gut und die Zugfestigkeit der Schweißnaht ist höher als die des Grundmaterials;
②Der 50 mm dicke Rotorstahl wurde mittels Mehrlagen-Laserdraht-Füllschweißen mit schmalem Spalt verschweißt, und die Ergebnisse zeigten, dass die Schweißprozessparameter geeignet waren.
Es lässt sich gut formen, es treten keine Defekte wie etwa mangelnde Verschmelzung der Seitenwände auf; die Schlagzähigkeit der Verbindung ist zwar reduziert, aber ihre Zugfestigkeit ist höher als die des Grundmaterials.
Holz;③Das Laser-Drahtfüllschweißen mit schmalem Spalt bei 20 mm dicker Aluminiumlegierung 5083 wurde untersucht, und die Ergebnisse zeigen, dass die geeigneten Schweißprozessparameter
Es kann eine Schweißverbindung mit weniger Poren und ohne Defekte wie z. B. fehlende Verschmelzung erzielt werden.
Anwendungsfälle sowie Empfehlungen zu Ausrüstung und Prozessparametern
1. Anwendungsfälle
Verbesserung der Schweißnahtbildung
Anforderungen: Schweißen von 1 mm und 3 mm Edelstahl, die Schweißnaht muss porenfrei sein und die Formgebung muss gut sein.
Ausrüstung: RFL-C4000 (Faserkerndurchmesser 200μm), Drahtvorschubgerät, Schweißkopf.
Tabelle 5: Empfehlung für Nutform und -größe
Ergebnis: Die Formgebung war gut und die Schweißnaht wies keine Porosität auf, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5 Schweißnahtformung und Querschnittsmorphologie
Mehrlagenschweißen mit schmalem Spalt und Laserdrahtfüllung
Anforderungen: 18 mm dickes, geschweißtes Q345-Marine-Stahlblech, geringe Schweißlochanzahl erforderlich, keine Schweißnahtlücken, Zugfestigkeit der Verbindung
Die Festigkeit ist höher als die des Grundmaterials, und die Schweißnahtform ist besser.
Ausrüstung: RFL-C6000 (Faserkerndurchmesser 400μm), Drahtvorschubgerät, Schweißkopf.
Prozessparameter: Die Schweißnaht muss angefast werden, die Größe der Fase ist in Abbildung 6 dargestellt, weitere Schweißprozessparameter sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Abbildung 6 Nutgröße
Ergebnisse: Die Formgebung war gut, es gab keine Schmelzlücken, und die Schweißnaht wies im Wesentlichen keine Porosität auf, wie in Abbildung 7 dargestellt. Anschließend wurde der Zugversuch durchgeführt.
Es wurde nachgewiesen, dass die Schweißnaht im Grundmaterial bricht, was darauf hindeutet, dass die Zugfestigkeit der Verbindung höher ist als die des Grundmaterials.
Abb. 7 Metallographische Darstellung des Schweißnahtquerschnitts
2. Vorschlag für Ausrüstung und Prozessparameter
Verbesserung der Schweißnahtformung und -qualität
Für das Stumpfschweißen von gängigem Material mit Laserdraht wird zur Verbesserung der Schweißnahtbildung im Allgemeinen empfohlen, den Durchmesser von Laser und Faserkern anzupassen.
Der Schweißkopf sollte so konfiguriert sein, dass der Fokussierfleckdurchmesser zwischen 0,4 mm und 0,6 mm liegt, und der Schweißdraht sollte die entsprechende Güteklasse aufweisen.
Weitere Schweißparameter sind in Tabelle 2 und Tabelle 3 aufgeführt.
Mehrlagenschweißen mit schmalem Spalt und Laserdrahtfüllung
Für das Laser-Drahtfüllschweißen mit schmalem Spalt bei mitteldicken Blechen wird im Allgemeinen ein Fokussierfleckdurchmesser von 0,6 mm bis 1,0 mm empfohlen.
Außerdem sollte der Schweißdraht die geeignete Güteklasse aufweisen, und die Fugengröße muss angemessen dimensioniert sein; die Fugengröße darf nicht zu groß sein.
Andernfalls kann es leicht zu unvollständiger Verschmelzung im Schweißnahtbereich kommen. Die empfohlene Nahtgröße ist in Tabelle 5 aufgeführt; die Anzahl der Schweißraupen sollte sich nach dem maximalen Fügequerschnitt richten.
Bei großen Materialstärken wird empfohlen, für die erste Bodenschweißung die maximale Schweißleistung des Geräts zu nutzen, um dies zu ermitteln. Nach jeder weiteren Schweißtiefe von einer
Im Allgemeinen 3 mm bis 5 mm; Hinsichtlich der Schweißprozessparameter für jede Schweißnaht müssen diese von der erforderlichen Schweißtiefe und dem Zeitpunkt der Schweißung abhängen.
Die Breite der vorderen Schweißlage wird bestimmt. Bei größerer Schweißlagenbreite sollte der Defokussierungsgrad moderat erhöht werden, um ein unvollständiges Verschmelzen der Seitenwand zu verhindern.
Veröffentlichungsdatum: 03.04.2025
