Dikte- en snelheidstabel laserlassen

Laserlassen is een zeer nauwkeurige verbindingstechniek die gebruik maakt van gefocuste, hoogenergetische laserstralen om materialen, vooral metalen, met uitzonderlijke nauwkeurigheid en efficiëntie samen te smelten. Dit geavanceerde proces staat bekend om het produceren van robuuste lassen met minimale thermische vervorming in aangrenzende gebieden. Het succes van laserlassen hangt af van de nauwkeurige regeling van kritieke parameters, voornamelijk de dikte van het werkstuk en de lassnelheid. Deze variabelen worden nauwkeurig geoptimaliseerd om een maximale sterkte en integriteit van de las te garanderen en tegelijkertijd de productiviteit te verhogen.

Een uitgebreide dikte- en snelheidstabel voor laserlassen is een onmisbaar naslagwerk voor lastechnici en productie-ingenieurs. Het biedt cruciale gegevens voor het selecteren van optimale lasparameters op basis van materiaaleigenschappen, verbindingsconfiguratie en specifieke toepassingsvereisten. Door belangrijke variabelen zoals laservermogen, straalmodus (continu of gepulseerd), brandpuntpositie en lassnelheid nauwkeurig af te stellen, kunnen operators de diepte van de laspenetratie, de geometrie van de lasrups en de algehele laskwaliteit nauwkeurig regelen. De unieke aard van laserlassen maakt een hoge aspectratio (diepte/breedte) in het lasprofiel mogelijk, wat resulteert in een smalle, diep doordringende las met een minimale warmte beïnvloede zone (HAZ). Deze gelokaliseerde energie-input behoudt de mechanische eigenschappen en microstructuur van het basismateriaal, waardoor de structurele integriteit van de gelaste componenten behouden blijft.

Bovendien zijn moderne laserlassystemen vaak voorzien van real-time bewaking en adaptieve besturingsfuncties, waardoor de lasparameters dynamisch kunnen worden aangepast om variaties in materiaaleigenschappen of passing van de lasverbinding te compenseren. Door deze geavanceerde mogelijkheden, in combinatie met de inherente flexibiliteit van laserlassen, kan het proces effectief worden toegepast in een breed scala aan industrieën, van de auto- en luchtvaartindustrie tot de productie van elektronica en medische apparatuur.

Laserkracht, -dikte en -snelheidstabel

Laserlassen is een precisielastechniek die snelle lassen van hoge kwaliteit biedt voor verschillende metaaldiktes. De relatie tussen laservermogen, materiaaldikte en lassnelheid is cruciaal voor het bereiken van optimale resultaten. Hier is een uitgebreide tabel met deze parameters voor veelvoorkomende materialen:

Roestvrij staal

Aluminium

Messing

Koper

Zacht staal

Gegalvaniseerd blad

Grondbeginselen van laserlassen

Laserlassen heeft een revolutie teweeggebracht in de industriële verbindingstechniekenen biedt hoge-snelheidsprecisie en de mogelijkheid om verschillende materialen te verbinden.

Laserlasproces

Laserlassen is een geavanceerde, hoogenergetische straalfusietechniek die gebruikmaakt van een gefocuste laserstraal om nauwkeurige verbindingen van hoge kwaliteit te maken. Dit proces concentreert intense elektromagnetische straling op een klein gebied, meestal met een diameter van 0,2-13 mm, waarbij plaatselijke temperaturen van meer dan 10.000°C worden gegenereerd. De energie van de straal wordt snel geabsorbeerd door de materialen van het werkstuk, waardoor de verbinding onmiddellijk smelt en, na afkoeling, versmelt.

Belangrijkste aspecten:

Straalfocus: De laserstraal wordt nauwkeurig gefocusseerd met optische systemen om vermogensdichtheden van 1-10 MW/cm² te bereiken. Deze concentratie maakt diep penetratielassen of sleutelgatlassen mogelijk, waardoor verbindingen in één keer mogelijk zijn in materialen tot 20 mm dik.

Interactie tussen materialen: Verschillende materialen absorberen laserenergie met verschillende efficiëntie. Bijvoorbeeld, metalen zoals staal en titanium hebben doorgaans absorptiesnelheden van 30-35% voor CO₂-lasers en tot 80% voor fiber- of schijflasers. De geabsorbeerde energie creëert een met damp gevuld sleutelgat, wat een efficiënte energiekoppeling en diepe penetratie bevordert.

Snelheid en dikte: Lassnelheden kunnen variëren van 0,5 tot 10 m/min, afhankelijk van de materiaaldikte en het laservermogen. Met 1 kW laservermogen kan bijvoorbeeld 1 mm dik staal gelast worden met 1 m/min. Dunne platen, zoals 0,25 mm (0,01 inch) dikke airbag detonatorhulzen, kunnen worden gelast met snelheden tot 50 mm/s (2 inch per seconde) met gepulste Nd:YAG lasers.

Procesvoordelen:

• Minimale warmte-beïnvloede zone (HAZ), waardoor minder thermische vervorming optreedt
• Hoge precisie en herhaalbaarheid, ideaal voor automatisering
• In staat om ongelijksoortige materialen en complexe geometrieën te lassen
• Contactloos proces, waardoor er geen elektrodeslijtage optreedt

Toepassingen: Laserlassen wordt veel gebruikt in de auto-industrie, ruimtevaart, elektronica en medische apparatuur. Het is vooral geschikt voor het verbinden van dunne secties, warmtegevoelige onderdelen en materialen met een hoge thermische geleidbaarheid zoals aluminium en koper.

Soorten lasers voor lassen

Bij het kiezen van een laser voor het lassen hangt de keuze af van de materiaaleigenschappen, de vereiste nauwkeurigheid en de productie-efficiëntie. Inzicht in de eigenschappen van verschillende lasertypes is cruciaal voor het optimaliseren van lasprocessen.

Continue golf (CW) lasers: Zenden een constante, ononderbroken laserstraal uit, ideaal voor diepe penetratielassen en naadlassen met hoge snelheid. Ze blinken uit in toepassingen met materialen tot en met een dikte van 6,35 mm (0,25 inch). CW-lasers zijn bijzonder effectief voor massaproductie en materialen met een hoge thermische geleidbaarheid.

Gepulseerde lasers: Zenden laserenergie uit in gecontroleerde uitbarstingen, waardoor een nauwkeurig beheer van de warmte-inbreng en lasdiepte in dunne of warmtegevoelige materialen mogelijk is. Deze pulserende actie minimaliseert de warmte-beïnvloede zone (HAZ), waardoor ze geschikt zijn voor microlastoepassingen in de productie van elektronica en medische apparatuur.

Gebruikelijke lasertypes in industrieel lassen:

Fiberlaser: Bekend om zijn veelzijdigheid, energie-efficiëntie en superieure straalkwaliteit. Vezellasers bieden een hoge wall-plug efficiëntie (tot 50%) en zijn bijzonder geschikt voor fijn laswerk en hogesnelheidstoepassingen. Ze blinken uit in het lassen van reflecterende materialen zoals aluminium en koper, die een uitdaging vormen voor andere lasertypes.

CO2-laser: Hoewel traditioneel bij het lassen van dikke materialen, worden CO2 lasers in veel toepassingen steeds meer vervangen door fiber lasers. Ze bieden echter nog steeds voordelen bij het diepdoordringlassen van materialen met een dikte van meer dan 12,7 mm (0,5 inch) en zijn effectief voor niet-metalen materialen zoals kunststoffen en organische composieten.

Nd:YAG-laser: Biedt een balans tussen de eigenschappen van fiber- en CO2-lasers. Het is vooral nuttig voor puntlassen en toepassingen die een hoog piekvermogen vereisen. Moderne schijflasers, een evolutie van de Nd:YAG-technologie, bieden een verbeterde straalkwaliteit en efficiëntie.

Diodelaser: Diodelasers, die bekend staan om hun compacte formaat en hoge efficiëntie, worden steeds populairder in de auto-industrie en andere productiesectoren waar grote hoeveelheden worden geproduceerd. Ze bieden een uitstekende energieabsorptie in metalen, waardoor ze geschikt zijn voor het lassen van aluminiumlegeringen en gegalvaniseerd staal.

Bij de keuze van het juiste lasertype moet rekening worden gehouden met factoren zoals materiaaleigenschappen, verbindingsontwerp, productievolume en specifieke toepassingsvereisten om een optimale laskwaliteit en procesefficiëntie te garanderen.

Materiaal Overwegingen

Bij laserlassen moet rekening worden gehouden met zowel de aard van de materialen die worden samengevoegd als de verschillende diktes ervan. Deze aspecten zijn cruciaal bij het bepalen van de juiste laserlasparameters.

Metalen en legeringen

De interactie tussen laserenergie en verschillende metalen en legeringen is van cruciaal belang voor de efficiëntie en kwaliteit van laserlasprocessen. Verschillende materialen hebben verschillende optische en thermische eigenschappen die hun absorptiekenmerken voor laserenergie aanzienlijk beïnvloeden, wat een directe invloed heeft op de lasbaarheid en de integriteit van de verbinding.

Roestvrij staal, met zijn gunstige combinatie van chroomgehalte en oxidelaag aan het oppervlak, vertoont uitstekende absorberende eigenschappen voor laserenergie over een breed golflengtebereik. Hierdoor is het bijzonder geschikt voor laserlastoepassingen, waardoor lassen met hoge snelheid, nauwkeurigheid en weinig vervorming mogelijk is in industrieën zoals de auto- en luchtvaartindustrie.

Omgekeerd vormen sterk reflecterende materialen zoals aluminium en koper unieke uitdagingen bij het laserlassen vanwege hun hoge thermische geleidbaarheid en lage absorptiecoëfficiënten. Om deze obstakels te overwinnen, worden specifieke lasertypes zoals krachtige fiberlasers of groene lasers (die werken bij golflengtes rond 515 nm) gebruikt. Deze lasers bieden een verbeterde koppelingsefficiëntie, waardoor deze materialen effectief gelast kunnen worden. Daarnaast kunnen technieken zoals oppervlaktevoorbereiding (bijv. mechanisch schuren of chemisch etsen) worden gebruikt om de absorptie van laserenergie te verbeteren.

De toevoeging van materiaaladditieven kan de absorptiekenmerken en het totale lasproces aanzienlijk veranderen. Bijvoorbeeld:

1. Toevoeging van titanium aan aluminiumlegeringen kan de laserabsorptie en laspenetratie verbeteren.
2. Zeldzame aardelementen zoals erbium of ytterbium in staallegeringen kunnen de energiekoppeling bij bepaalde lasergolflengtes verbeteren.
3. Het siliciumgehalte in aluminiumlegeringen beïnvloedt de vloeibaarheid en kan de dynamica van lasbad beïnvloeden.

Materiaal Dikte Bereik

De dikte van het materiaal heeft een directe invloed op het benodigde laservermogen:

• Voor dunne platen (<1,0 mm)Er is een lager laservermogen nodig en de parameters verschillen aanzienlijk van die voor dikkere materialen.
• Dikkere platen vereisen een hoger laservermogen om penetratie en sterkte in de las te bereiken. Er bestaat een evenredige relatie tussen dikte en vermogen:

Het is belangrijk om de laserparameters aan te passen, zoals de zwenkbreedte en lassnelheidom aan te sluiten bij het specifieke diktebereik voor optimale resultaten.

Parameters voor laserlassen

De keuze van laserlasparameters is cruciaal om verbindingen van hoge kwaliteit te maken met de vereiste sterkte en precisie. Deze parameters omvatten laservermogen, lassnelheid, focuspositie en beschermgasstroom, die allemaal zorgvuldig moeten worden geoptimaliseerd voor de specifieke materiaaleigenschappen, verbindingsconfiguratie en dikte die worden gelast.

Instellingen laservermogen

Laservermogen heeft een directe invloed op de penetratiediepte en de eigenschappen van de lasrups. De volgende richtlijnen dienen als eerste referentiepunten:

• Materialen < 1,0 mm dikte: 500-1500 W
• Materialen 1,0-3,0 mm dik: 1500-3000 W
• Materialen > 3,0 mm dik: 3000-6000 W en hoger

Het nauwkeurig afstellen van het vermogen is cruciaal om doorbranden in dunne materialen of onvoldoende inbranding in dikkere secties te voorkomen. Voor het lassen van 1,5 mm roestvast staal is bijvoorbeeld ongeveer 2000 W nodig voor optimale resultaten.

Lassnelheid

De lassnelheid moet gekalibreerd worden om een consistente fusie te garanderen en de warmte-beïnvloede zone (HAZ) te minimaliseren:

• Typisch snelheidsbereik: 1-10 m/min, afhankelijk van materiaal en dikte
• Dunne materialen (< 1,0 mm): Hogere snelheden, 5-10 m/min
  Dikkere materialen (> 3,0 mm): Lagere snelheden, 1-5 m/min

Voorbeeld: Voor 2 mm zacht staal levert een snelheid van 3-4 m/min vaak goede resultaten op in combinatie met de juiste krachtinstellingen.

Focuspositie

De focuspositie heeft een grote invloed op de geometrie van de lasrups en de algehele laskwaliteit:

• Oppervlaktefocus: Geschikt voor dunne materialen, produceert bredere, ondiepere lassen
• Diep richten: Ideaal voor dikke materialen, creëert smalle, diep doordringende lassen

Voor constructiestaal zoals S235JR kan het aanpassen van de brandpuntpositie met ±1 mm de verhouding tussen diepte en breedte tot 20% veranderen, wat de mechanische eigenschappen en het uiterlijk beïnvloedt.

Afschermingsgas

De juiste keuze en stroomsnelheid van het beschermgas zijn essentieel voor het beschermen van het lasbad en het bereiken van de gewenste metallurgische eigenschappen:

• Argon: Algemeen gebruikt voor de meeste metalen, debiet 10-20 L/min
• Helium: Zorgt voor diepere penetratie, nuttig voor reflecterende materialen zoals aluminium, debiet 20-30 L/min
• Stikstof: Geschikt voor austenitisch roestvast staal, debiet 10-20 L/min

Door deze parameters zorgvuldig te optimaliseren door systematisch te testen en te analyseren, kan laserlassen consistent zeer sterke precisieverbindingen produceren met minimale thermische vervorming en een smalle HAZ. Geavanceerde procesbewakings- en regelsystemen kunnen de laskwaliteit en herhaalbaarheid in industriële toepassingen verder verbeteren.