Laserschweißen Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission ist eine der technisch fortschrittlichsten Schweißformen. Seine Anwendungen erstrecken sich über eine Vielzahl von Branchen, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Herstellung von edlem Schmuck.
Es gibt jedoch verschiedene Arten des Schweißens, die lange vor dem Laserschweißen verwendet wurden. Daher stellt sich die Frage, warum wir Lasertechnologie benötigen, wenn wir andere Alternativen haben.
Wir werden uns näher damit befassen, nachdem wir kurz auf die Einführung der Technologie eingegangen sind. Es war Einstein, der die stimulierte Emission vorhergesagt hat, was das Grundprinzip des Lasers ist.
Erst 1967 verwendeten wir zum ersten Mal Laser zum Schweißen und Schneiden. Der in den Experimenten von 1967 verwendete Laser verwendete sauerstoffunterstütztes Gas mit einem konzentrierten CO2-Laserstrahl.
Das Projekt wurde geleitet von Dr. Peter Houldcroft Das Experiment und seine Details wurden in einem Artikel mit dem Titel Gasstrahl-Laserschneiden von ABJ Sullivan und PT Houldcroft erläutert.
Das Laserschneiden war die Grundlage für das Laserschweißen, da das Metall geschmolzen werden muss, ohne es zu durchstanzen.
Der Prozess des Laserschweißens
Laserschweißen verwendet einen hochkonzentrierten Lichtstrahl an einem sehr kleinen Punkt, so dass der Bereich unter dem Laserstrahl das Licht absorbiert und hochenergetisch wird. Wenn leistungsstarke Laserstrahlen verwendet werden, werden die Elektronen in dem Bereich bis zu einem Punkt angeregt, an dem sich das Material befindetschmilzt, wenn die Atome die Bindungen untereinander aufbrechen.
Laserschweißen kann auch zum Verbinden von Kunststoffen verwendet werden.
Dieses Schmelzen der beiden Materialien an ihren Nähten verschmilzt sie zu einer Verbindung. Es ist überraschend, wie stark Metall innerhalb von Millisekunden für Metallmetalle stark genug sein kann. Um solch leistungsstarke Laserstrahlen zu erzielen, verwendet das Laserschweißgerät mehrere Teile, die lenken und verstärkender Laser.
Gaslaser, Festkörperlaser und Faserlaser sind die drei am häufigsten in einem Laserschweißgerät verwendeten Laser.
Normalerweise wird der Laserstrahl unter Verwendung von optischen Fasern dem Laserschweißgerät zugeführt. Es gibt Einzelfaserschweißmaschinen und mehrere Faserschweißmaschinen. Die Mehrfaserschweißmaschinen haben einen Laser, der mit jeder Faser verbunden istFaser nimmt die Stärke des Lasers zu.
Um den Strahl auf einen Punkt zu konzentrieren, bevor er die Maschine verlässt, wird häufig eine Kollimatorlinse in Verbindung mit einer Fokussierlinse verwendet.
Vier Hauptschweißverbindungen können mit Laserschweißungen ausgeführt werden :
- Stumpfschweißen
- Schweißnaht
- Überlappungsschweißung
- Kantenflanschschweißen
Verwendung von Verarbeitungsgas beim Laserschweißen
Wenn Sie sich mit Laserschweißen befasst haben, haben Sie möglicherweise den ständigen Begleiter der Laserdüse bemerkt, bei der es sich um eine andere Düse handelt, die ein Gas liefert, das als Prozessgas oder Schneidgas bezeichnet wird.
Grundsätzlich ist es der Gasstrom, bei dem es sich am häufigsten um CO2 handelt, der ebenfalls auf die Schweißstelle gerichtet ist, um den Kontakt der Schweißfläche mit der Atmosphäre zu verhindern.
Ohne die Verwendung von Schneidgas gibt es nur zwei Optionen für die Schweißatmosphäre - entweder normale Atmosphäre oder Vakuum. Das Laserschweißen im Vakuum ist zwar möglich, aber aufgrund der hohen Kosten und der Notwendigkeit eines speziellen Aufbaus nicht plausibel.
In einer normalen Atmosphäre kann das Laserschweißen ohne Verarbeitungsgas ungünstige Auswirkungen haben. Da Stickstoff in der Luft in sehr hoher Konzentration vorliegt, kann er sich mit der Metallschmelze vermischen und die Bildung von Hohlräumen oder Löchern in der Schweißnaht verursachen. Solche Vorkommnisse können auftretenzu Schweißfehlern führen.
Faktoren wie Luftfeuchtigkeit können beim Schweißen Wasserstoff erzeugen. Die Diffusion von Wasserstoff in das Metall führt auch zu schwachen Schweißverbindungen. Daher wird das Laserschweißen in einer normalen Atmosphäre ohne Abschirmung überhaupt nicht unterhalten.
Schweißmaschinen werden mit einem Schneidgasaufsatz geliefert, der Gas auf die Schweißoberfläche schießt und sicherstellt, dass keine Verunreinigungen mit der Schweißnaht vermischt werden.
Arten des Laserschweißens
Das Laserschweißen kann auf zwei Arten erfolgen - Wärmeleitungsschweißen und Schlüssellochschweißen.
Wärmeleitungsschweißen : Bei diesem Verfahren wird die Metalloberfläche über den Schmelzpunkt des Metalls erwärmt, jedoch nicht in einem Ausmaß, in dem es verdampft. Dieses Verfahren wird für Schweißnähte verwendet, die keine hohe Schweißfestigkeit benötigen.
Der Vorteil des Heißleitungsschweißens besteht darin, dass die endgültige Schweißnaht sehr glatt und ästhetisch ist. Zum Wärmeleitungsschweißen wird ein Laser mit geringer Leistung im Bereich von <500 W verwendet.
Schlüssellochschweißen : Bei diesem Vorgang erwärmt der Laserstrahl das Metall so, dass die Kontaktfläche verdampft und tief in das Metall eindringt. Dadurch entsteht ein Schlüsselloch, in dem ein plasmaähnlicher Zustand mit Temperaturen von weit über 10.000 K entsteht.
Für diesen Prozess waren Hochleistungslaser mit einer Leistung von über 105 W / mm2 erforderlich.
Laserschweißen mit anderen Schweißverfahren
Laserschweißen wird häufig in Verbindung mit dem Lichtbogenschweißen verwendet, um das sogenannte Hybrid-Laser-Lichtbogenschweißen zu erzeugen. Beim Hybrid-Laser-Lichtbogenschweißen wird jedes der Lichtbogenschweißverfahren wie MIG, WIG oder SAW beim Laserschweißen mit tiefer Durchdringung verwendet.
Das Ergebnis ist eine Schweißnaht, die die Vorteile von beiden hat. Laserschweißen und Lichtbogenschweißen .
Die resultierende Schweißnaht weist dank der Laserschweißung tief eindringende Verbindungen auf und weist auch eine verbesserte Toleranz gegenüber Fugenanpassung auf. Andere unerwünschte Effekte wie Risse und innere Porosität werden ebenfalls verringert.
Die Vorteile einer Laserschweißtechnik
Das Laserschweißen bietet mehrere Vorteile, die bei anderen Schweißmethoden häufig nicht zu finden sind. Einige der bestimmenden Merkmale des Laserschweißens sind :
- Der gesamte Schweißprozess kann mithilfe eines CAD / CAM-Setups einfach automatisiert werden.
- Dabei wird keine Elektrode verwendet
- Es tritt kein Werkzeugverschleiß auf.
- Laserschweißen ist beim Targeting sehr spezifisch
- Es werden hochwertige Schweißnähte erhalten
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Fazit
Das Laserstrahlschweißen wird für hochpräzise Schweißnähte verwendet. Da keine Elektrode verwendet wird, ist die endgültige Schweißnaht leicht, aber stark. Die anfängliche Investition ist sicherlich teuer, aber die Qualität und Eigenschaften einer Laserschweißung können nicht einfach reproduziert werden.
Da Laser leistungsfähiger und energieeffizienter werden, ist die Zukunft des Laserschweißens mit Sicherheit vielversprechend!