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<\/p>\nIm vorangegangenen Artikel haben wir die Grunds\u00e4tze und Merkmale des Laserstrahlschwei\u00dfens mit tiefer Durchdringung er\u00f6rtert. Hier werden wir uns auf die wichtigsten Prozessparameter konzentrieren. Dies ist hilfreich f\u00fcr Sie, um mehr \u00fcber diese Schwei\u00dftechnik zu erfahren.<\/p>\n
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Beim Laserschwei\u00dfen gibt es einen Schwellenwert der Laserenergiedichte. Unterhalb dieses Wertes ist die Einbrandtiefe sehr gering. Wird dieser Wert erreicht oder \u00fcberschritten, erh\u00f6ht sich die Einschwei\u00dftiefe stark. Erst wenn die Laserleistungsdichte am Werkst\u00fcck einen Schwellenwert (abh\u00e4ngig vom Material) \u00fcberschreitet, wird das Plasma erzeugt. Dies markiert den Fortschritt des stabilen Tiefschwei\u00dfens.<\/p>\n
Liegt die Laserleistung unter diesem Schwellenwert, kommt es nur zu einer Oberfl\u00e4chenschmelzung des Werkst\u00fccks. Das ist ein stabiles W\u00e4rmeleitungsschwei\u00dfen. Liegt die Laserleistungsdichte jedoch in der N\u00e4he der kritischen Bedingung f\u00fcr die Bildung kleiner L\u00f6cher, werden Tiefschwei\u00dfen und W\u00e4rmeleitungsschwei\u00dfen abwechselnd durchgef\u00fchrt. Dies wird zu einem instabilen Schwei\u00dfprozess, der zu gro\u00dfen Schwankungen in der Einschwei\u00dftiefe f\u00fchrt.<\/p>\n
Beim Laser-Tiefschwei\u00dfen steuert die Laserleistung gleichzeitig die Einschwei\u00dftiefe und die Schwei\u00dfgeschwindigkeit. Die Einschwei\u00dftiefe steht in direktem Zusammenhang mit der Strahlleistungsdichte und ist eine Funktion der einfallenden Strahlleistung und des Strahlbrennpunkts. Im Allgemeinen nimmt bei einem Laserstrahl mit einem bestimmten Durchmesser die Einschwei\u00dftiefe mit steigender Strahlleistung zu.<\/p>\n
Die Gr\u00f6\u00dfe des Strahlflecks ist eine der wichtigsten Variablen beim Laserschwei\u00dfen. Denn sie bestimmt die Leistungsdichte. Bei Hochleistungslasern ist ihre Messung jedoch schwierig. Zwar gibt es viele indirekte Messverfahren.<\/p>\n
Die beugungsbegrenzte Spotgr\u00f6\u00dfe des Strahlenfokus kann nach der Lichtbeugungstheorie berechnet werden. Aufgrund der Fokussierungslinsenabweichung ist die tats\u00e4chliche Punktgr\u00f6\u00dfe jedoch gr\u00f6\u00dfer als der berechnete Wert. Die einfachste praktische Methode ist die isothermische Profilierungsmethode. Dabei werden der Brennfleck und der Perforationsdurchmesser nach dem Verkohlen und Durchdringen einer Polypropylenplatte mit dickem Papier gemessen. Bei dieser Methode muss man die Laserleistung und die Einwirkzeit des Strahls durch praktische Messungen beherrschen.<\/p>\n
Die Absorption von Laserlicht durch ein Material h\u00e4ngt von einigen wichtigen Eigenschaften des Materials ab. Dazu geh\u00f6ren das Absorptionsverm\u00f6gen, das Reflexionsverm\u00f6gen, die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, die Schmelztemperatur, die Verdampfungstemperatur usw.
\nDas Wichtigste ist die Absorptionsrate.<\/p>\n
Zu den Faktoren, die die Absorptionsrate des Materials f\u00fcr den Laserstrahl beeinflussen, geh\u00f6ren zwei Aspekte:<\/p>\n
Nichtmetalle wie Keramik, Glas, Gummi und Kunststoffe haben bei Raumtemperatur eine hohe Absorptionsrate. Metallische Werkstoffe hingegen haben bei Raumtemperatur eine schlechte Absorptionsrate. Und sobald das Material schmilzt oder sogar verdampft, steigt sie stark an. Die Verwendung einer Oberfl\u00e4chenbeschichtung oder einer Oxidschicht verbessert die Absorption des Lichtstrahls durch das Material effektiv.<\/p>\n
Die Schwei\u00dfgeschwindigkeit hat einen gro\u00dfen Einfluss auf die Einbrandtiefe. Je h\u00f6her die Geschwindigkeit ist, desto flacher ist der Einbrand. Ist die Geschwindigkeit jedoch zu niedrig, wird das Material zu stark aufgeschmolzen und das Werkst\u00fcck wird durchgeschwei\u00dft. Daher gibt es einen geeigneten Schwei\u00dfgeschwindigkeitsbereich f\u00fcr ein bestimmtes Material mit einer bestimmten Laserleistung und Dicke. Die maximale Einschwei\u00dftiefe kann mit dem entsprechenden Geschwindigkeitswert erreicht werden.<\/p>\n
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Schutzgas wird h\u00e4ufig zum Schutz des Schmelzbades beim Laserschwei\u00dfen verwendet. Einige Werkstoffe werden unabh\u00e4ngig von der Oberfl\u00e4chenoxidation geschwei\u00dft, so dass ein Schutz nicht unbedingt erforderlich ist. F\u00fcr die meisten Anwendungen werden jedoch Helium, Argon, Stickstoff und andere Gase als Schutz verwendet.<\/p>\n
Helium ist nicht leicht zu ionisieren (h\u00f6here Ionisierungsenergie). Dadurch kann der Laser reibungslos hindurchgehen, und die Strahlenergie erreicht ungehindert die Oberfl\u00e4che des Werkst\u00fccks. Dies ist das wirksamste Schutzgas, das beim Laserschwei\u00dfen verwendet wird. Allerdings ist es auch teurer.<\/p>\n
Argongas ist billiger und dichter, so dass die Schutzwirkung besser ist. Es ist jedoch anf\u00e4llig f\u00fcr die Ionisierung von Hochtemperatur-Metallplasmen. Dies kann einen Teil des Strahls davon abhalten, auf das Werkst\u00fcck zu treffen, die effektive Laserleistung f\u00fcr das Schwei\u00dfen verringern und die Schwei\u00dfgeschwindigkeit und -tiefe beeintr\u00e4chtigen. Die mit Argon gesch\u00fctzte Schwei\u00dfnahtoberfl\u00e4che ist glatter als die mit Helium gesch\u00fctzte.<\/p>\n
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Stickstoff ist das billigste Schutzgas. Es ist jedoch f\u00fcr das Schwei\u00dfen einiger Arten von rostfreiem Stahl ungeeignet, vor allem wegen metallurgischer Probleme, wie z. B. Absorption. Dies f\u00fchrt mitunter zu Porosit\u00e4t in der \u00dcberlappungszone.<\/p>\n
Der Einsatz von Schutzgas ist vor allem in dreierlei Hinsicht von Vorteil:<\/p>\n
Die Fokussierungsmethode wird in der Regel verwendet, um den Laser w\u00e4hrend des Schwei\u00dfens zu b\u00fcndeln, und es wird im Allgemeinen eine Linse mit einer Brennweite von 63~254mm verwendet. Die Gr\u00f6\u00dfe des Brennflecks ist proportional zur Brennweite. Je k\u00fcrzer die Brennweite, desto kleiner der Fleck. Die Brennweite wirkt sich jedoch auch auf die Sch\u00e4rfentiefe aus. Das hei\u00dft, die Sch\u00e4rfentiefe nimmt synchron mit der Brennweite zu. Eine kurze Brennweite kann also die Leistungsdichte erh\u00f6hen. Aufgrund der geringen Brennweite muss der Abstand zwischen Linse und Werkst\u00fcck genau eingehalten werden, und die Eindringtiefe ist nicht gro\u00df.<\/p>\n
Wegen des Einflusses der beim Schwei\u00dfen entstehenden Spritzer und des Lasermodus ist die k\u00fcrzeste Brennweite, die beim tats\u00e4chlichen Schwei\u00dfen verwendet wird, meist 126 mm (5\u2033). Wenn die Verbindung gro\u00df ist oder die Schwei\u00dfnaht durch Vergr\u00f6\u00dferung des Schwei\u00dfpunktes vergr\u00f6\u00dfert werden muss, kann eine Linse mit einer Brennweite von 254 mm gew\u00e4hlt werden. In diesem Fall ist eine h\u00f6here Laserausgangsleistung (Leistungsdichte) erforderlich, um den Pinhole-Effekt des tiefen Eindringens zu erreichen.<\/p>\n
Wenn die Laserleistung 2 kW \u00fcbersteigt (insbesondere beim 10,6-\u03bcm-CO2-Laserstrahl), wird aufgrund der Verwendung spezieller optischer Materialien f\u00fcr das optische System h\u00e4ufig die Methode der reflektierenden Fokussierung verwendet, um das Risiko einer optischen Besch\u00e4digung der Fokussierlinse zu vermeiden. Als Reflektor wird im Allgemeinen ein polierter Kupferspiegel verwendet. Aufgrund der effektiven K\u00fchlung wird er h\u00e4ufig zur Fokussierung von Laserstrahlen mit hoher Leistung empfohlen.<\/p>\n
Die Position des Brennpunkts ist entscheidend f\u00fcr die Aufrechterhaltung einer angemessenen Leistungsdichte beim Schwei\u00dfen. \u00c4nderungen der Position des Brennpunkts im Verh\u00e4ltnis zur Werkst\u00fcckoberfl\u00e4che wirken sich direkt auf die Schwei\u00dfnahtbreite und -tiefe aus.
\nBei den meisten Laserschwei\u00dfanwendungen befindet sich der Brennfleck in der Regel etwa 1\/4 der gew\u00fcnschten Einschwei\u00dftiefe unterhalb der Werkst\u00fcckoberfl\u00e4che.<\/p>\n
Beim Laserschwei\u00dfen von un\u00e4hnlichen Materialien bestimmt die Position des Laserstrahls die endg\u00fcltige Qualit\u00e4t der Schwei\u00dfnaht, insbesondere bei Stumpf- und \u00dcberlappverbindungen. Wenn zum Beispiel ein Zahnrad aus geh\u00e4rtetem Stahl mit einer Trommel aus unlegiertem Stahl verschwei\u00dft wird, tr\u00e4gt die richtige Steuerung der Laserstrahlposition dazu bei, eine Schwei\u00dfnaht mit einer relativ rissfesten und \u00fcberwiegend kohlenstoffarmen Komponente zu erzeugen. Bei einigen Anwendungen erfordert die Geometrie des zu schwei\u00dfenden Werkst\u00fccks eine Ablenkung des Laserstrahls um einen bestimmten Winkel. Wenn der Ablenkungswinkel zwischen der Strahlachse und der Verbindungsebene innerhalb von 100 Grad liegt, wird die Absorption der Laserenergie durch das Werkst\u00fcck nicht beeintr\u00e4chtigt.<\/p>\n
Beim Laser-Tiefschwei\u00dfen entstehen unabh\u00e4ngig von der Tiefe der Schwei\u00dfnaht immer kleine L\u00f6cher. Wenn der Schwei\u00dfvorgang beendet und der Netzschalter ausgeschaltet wird, entsteht am Ende der Schwei\u00dfnaht eine Grube. Wenn die Laserschwei\u00dfschicht die urspr\u00fcngliche Schwei\u00dfnaht \u00fcberdeckt, kommt es au\u00dferdem zu einer \u00fcberm\u00e4\u00dfigen Absorption des Laserstrahls. Dies f\u00fchrt zu einer \u00dcberhitzung der Schwei\u00dfnaht oder zur Bildung von Poren.<\/p>\n
Um die oben genannten Ph\u00e4nomene zu vermeiden, k\u00f6nnen die Start- und Endpunkte der Leistung so programmiert werden, dass die Start- und Endzeiten der Leistung angepasst werden. Die Anfangsleistung wird elektronisch von Null auf den eingestellten Leistungswert in einem kurzen Zeitraum erh\u00f6ht. Auch die Schwei\u00dfzeit kann eingestellt werden. Schlie\u00dflich wird die Leistung schrittweise von der eingestellten Leistung auf Null reduziert, wenn das Schwei\u00dfen beendet ist.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Einleitung: Im vorherigen Artikel haben wir die Prinzipien und Eigenschaften des Tiefenlaserschwei\u00dfens besprochen. Hier konzentrieren wir uns auf die wichtigsten Prozessparameter. Dies ist hilfreich f\u00fcr Sie, um mehr \u00fcber diese Schwei\u00dftechnik zu erfahren. Die wichtigsten Prozessparameter des Tiefenlaserschwei\u00dfens 1. Laserleistung Es gibt einen Schwellenwert von\u2026<\/p>","protected":false},"author":7,"featured_media":6544,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1,57],"tags":[],"class_list":["post-6537","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-blog","category-laser-welding-machine-blog"],"yoast_head":"\n