Geschwindigkeitsdiagramm für handgeführte Laserschweißgeräte

Laserschweißverfahren, vor allem für das Schweißen von Blechen, können je nach Art des Lasers in das Faser-Dauerlaserschweißen oder das YAG-Pulslaserschweißen eingeteilt werden. Die Grundlagen des Lasers Das Schweißen lässt sich in das Konduktionsschweißen und das Laser-Tiefschweißen unterteilen.

Mit einer Leistungsdichte von weniger als 104~105 W/cm²wird es als Leitungsschweißen betrachtet, das durch eine geringe Eindringtiefe und langsame Schweißgeschwindigkeit gekennzeichnet ist. Wenn die Leistungsdichte 105~107 W/cm übersteigt²Beim Tiefschweißen erwärmt sich die Metalloberfläche und taucht in einen "Hohlraum" ein, wodurch das Tiefschweißen entsteht, das für seine hohe Schweißgeschwindigkeit und das große Tiefe-Breite-Verhältnis bekannt ist.

Das Prinzip des Laserschweißens durch Wärmeleitung besteht darin, dass die Laserstrahlung die zu bearbeitende Oberfläche erwärmt. Die Oberflächenwärme diffundiert durch Wärmeleitung nach innen. Durch die Steuerung von Laserparametern wie Pulsbreite, Energie, Spitzenleistung und Wiederholrate schmilzt das Werkstück und bildet ein spezifisches Schmelzbad, das sich zum Schweißen dünner Bleche eignet.

Laserschweißmaschinen, die zum Schweißen von Zahnrädern und metallurgischen Dünnblechen eingesetzt werden, arbeiten hauptsächlich mit dem Laser-Tiefschweißen.

Tabelle 1 Handheld Laserschweißen Dicke & Geschwindigkeitsdiagramm

Prinzip des Laserstrahlschweißens mit tiefer Durchdringung

Das Prinzip des Laser-Tiefschweißens beruht auf der Verwendung eines kontinuierlichen Faserlaserstrahls zum Verbinden von Materialien. Dieses metallurgische physikalische Verfahren ist dem Elektronenstrahlschweißen sehr ähnlich, bei dem die Energieumwandlung durch eine "Schlüssellochstruktur" erreicht wird.

Unter der hohen Leistungsdichte des Lasers verdampft das Material und bildet ein Schlüsselloch. Dieses mit Dampf gefüllte Schlüsselloch verhält sich wie ein schwarzer Körper und absorbiert nahezu die gesamte einfallende Strahlenergie, wobei die Gleichgewichtstemperatur im Inneren des Hohlraums etwa 2500 °C erreicht.

Die Wärme wird von den Hochtemperatur-Hohlraumwänden übertragen und schmilzt das den Hohlraum umgebende Metall. Das Schlüsselloch ist mit Hochtemperaturdampf gefüllt, der durch die kontinuierliche Verdampfung des Wandmaterials unter dem Laser erzeugt wird, wobei geschmolzenes Metall die Wände des Schlüssellochs und festes Material das geschmolzene Metall umgibt (im Gegensatz zu den meisten konventionellen Schweißverfahren und dem Laserleitungsschweißen, bei dem die Energie zunächst auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht und dann nach innen übertragen wird).

Der Flüssigkeitsstrom außerhalb der Lochwände und die Oberflächenspannung der Wandschicht gleichen sich dynamisch mit dem kontinuierlichen Dampfdruck im Inneren des Hohlraums aus. Der Strahl tritt kontinuierlich in das Schlüsselloch ein, das Material außerhalb des Schlüssellochs fließt kontinuierlich, und während sich der Strahl bewegt, bleibt das Schlüsselloch in einem stabilen Fließzustand.

Das heißt, das Schlüsselloch und das geschmolzene Metall, das die Wände des Lochs umgibt, bewegen sich mit der Geschwindigkeit des Leitstrahls vorwärts und füllen den Hohlraum, den das sich bewegende Schlüsselloch hinterlässt, mit geschmolzenem Metall, das dann erstarrt und die Schweißnaht bildet. Dieser gesamte Prozess läuft so schnell ab, dass die Schweißgeschwindigkeit leicht mehrere Meter pro Minute erreichen kann.

Faktoren, die die Schweißgeschwindigkeit von Laserschweißmaschinen beeinflussen

Die Bedeutung der Leistungsdichte
Die Leistungsdichte ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung der Schweißgeschwindigkeit von Laserschweißmaschinen. Eine höhere Leistungsdichte kann zu schnellerem Schweißen führen, da sie bedeutet, dass mehr Energie im Schweißbereich konzentriert wird, was ein schnelleres Schmelzen und eine schnellere Badbildung ermöglicht. Daher ist die Optimierung der Leistungsdichte eine wirksame Methode zur Erhöhung der Laserschweißgeschwindigkeit.

Der Einfluss des Laserstrahldurchmessers auf die Schweißgeschwindigkeit
Der Durchmesser des Laserstrahls ist ein weiteres wichtiges Kriterium. Im Allgemeinen kann ein kleinerer Laserstrahldurchmesser eine höhere Leistungsdichte und damit eine höhere Schweißgeschwindigkeit ermöglichen. Die Anpassung des Laserstrahldurchmessers an unterschiedliche Materialien und Schweißaufgaben ist eine wichtige Strategie zur Steigerung der Schweißeffizienz.

Unterschiede in Materialart und -dicke
Verschiedene Materialien reagieren unterschiedlich auf Laser, und die Dicke des Materials wirkt sich direkt auf die Schweißgeschwindigkeit aus. Einige Materialien lassen sich mit dem Laser leichter erwärmen, während dünnere Materialien in der Regel schneller erwärmt und geschweißt werden können. Daher ist es wichtig, bei der Erstellung eines Schweißplans sowohl die Art als auch die Dicke des Materials zu berücksichtigen, um optimale Schweißgeschwindigkeiten zu erreichen.

Einstellen der Schweißgeschwindigkeit
Die Bediener von Laserschweißmaschinen können den Schweißprozess flexibel steuern, indem sie die Schweißgeschwindigkeit anpassen. Eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit bedeutet in der Regel, dass sich die Laserschweißmaschine in einer Zeiteinheit weiter bewegt und eine höhere Schweißgeschwindigkeit erreicht. Dies setzt jedoch voraus, dass die Bediener die Schweißparameter genau kennen, um sicherzustellen, dass die Qualität der Schweißung nicht beeinträchtigt wird.

Die Bedeutung von Schweißgas und atmosphärischen Bedingungen
Beim Laserschweißen wird häufig ein Schutzgas, z. B. Argon, verwendet, um zu verhindern, dass Sauerstoff in den Schweißbereich eindringt und Oxidation verursacht. Die Qualität und Zusammensetzung der atmosphärischen Bedingungen beeinflussen auch die Schweißgeschwindigkeit. Die Aufrechterhaltung einer geeigneten Atmosphäre ist entscheidend für die Stabilität und Effizienz des Laserschweißens.

Regulierung von Laserleistung und Wellenlänge
Die Leistung und die Wellenlänge des Lasers sind Schlüsselfaktoren, die die Schweißgeschwindigkeit beeinflussen. Eine höhere Laserleistung ermöglicht in der Regel höhere Schweißgeschwindigkeiten. Außerdem kann die Wellenlänge des Lasers besser an die Absorptionseigenschaften verschiedener Materialien angepasst werden, was die Schweißeffizienz verbessert.

Auswahl der Schweißkopfform und Schweißpunktkonfiguration
Die Form und die Konfiguration des Laserspots der Schweißmaschine haben ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Schweißgeschwindigkeit. Verschiedene Formen und Konfigurationen können unterschiedliche Schweißparameter erfordern, so dass bei der Wahl der geeigneten Schweißkopfform die spezifischen Schweißanforderungen sorgfältig berücksichtigt werden müssen.

Einstellung des Schweißwinkels und der Schweißrichtung
Der Winkel und die Richtung des Schweißkopfes sind ebenfalls Faktoren, die die Schweißgeschwindigkeit beeinflussen. Durch die richtige Einstellung des Schweißwinkels und der Schweißrichtung kann eine gleichmäßigere Wärmeverteilung erreicht und die Schweißgeschwindigkeit verbessert werden.

Einsatz von Hilfsmitteln und Ausrüstung
Der Einsatz geeigneter Hilfsmittel und Ausrüstungen wie Schweißhilfen oder Zusatzheizgeräte kann die Wärmeleitung und die Badbildung während des Schweißvorgangs verbessern und damit die Schweißgeschwindigkeit beeinflussen. Die Anwendung dieser Hilfsmittel bei bestimmten Schweißaufgaben kann ein wirksames Mittel zur Steigerung der Effizienz sein.

Berücksichtigung der Schweißnahtgestaltung
Das Design und die geometrische Form der Schweißnaht sind wichtige Faktoren, die die Schweißgeschwindigkeit beeinflussen. Komplexe Schweißnahtformen können längere Schweißzeiten erfordern, daher kann eine rationelle Gestaltung der Schweißnaht vor dem Schweißen die Schweißgeschwindigkeit optimieren.

Optimierung der Laser-Brennweite
Die Brennweite einer Laserschweißmaschine, d. h. der Abstand zwischen dem Fokus und der Oberfläche des Werkstücks, kann die Schweißwirkung optimieren und die Schweißgeschwindigkeit erhöhen. Die richtige Wahl der Brennweite ist entscheidend für die volle Ausnutzung der Leistung der Laserschweißmaschine.

Der Einfluss der Werkstückvorbehandlung
Der Zustand und die Vorbehandlung der Werkstückoberfläche wirken sich direkt auf die Schweißgeschwindigkeit aus. Eine saubere Oberfläche und eine geeignete Vorbehandlung können die Absorption und Übertragung der Laserenergie verbessern und damit die Schweißgeschwindigkeit beeinflussen.

Die Notwendigkeit der Temperaturkontrolle
Die Umgebungstemperatur und die Anfangstemperatur des Werkstücks während des Schweißvorgangs sind Faktoren, die berücksichtigt werden müssen. In einigen Fällen können Kühl- oder Heizmaßnahmen erforderlich sein, um eine angemessene Temperatur aufrechtzuerhalten und so ein Gleichgewicht zwischen Schweißgeschwindigkeit und Qualität zu gewährleisten.

Mehrere Faktoren beeinflussen die Schweißgeschwindigkeit von LaserschweißgerätenDazu gehören Leistungsdichte, Laserstrahldurchmesser, Materialart und -dicke sowie die Einstellung der Schweißgeschwindigkeit. Durch die Anpassung dieser Parameter können die Bediener bessere Schweißergebnisse erzielen. Darüber hinaus spielen auch Hilfsstoffe, die Form des Schweißkopfes und die Optimierung der Laserbrennweite eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung der Schweißgeschwindigkeit. Das Zusammenwirken dieser Faktoren bietet der Laserschweißtechnik mehr Flexibilität und treibt die Fertigungsindustrie in Richtung einer effizienten und präzisen Zukunft.