Inleiding:
Laserlassen is een proces waarbij een zeer gerichte lichtstraal, een laser genaamd, wordt gebruikt om materialen aan elkaar te verbinden. Dus, hoe werkt laserlassen? Dit artikel geeft je het antwoord.
Hoe werkt laserlassen werk?
1. Opwekken van de laserstraal
Het proces begint met het genereren van een sterk geconcentreerde bundel coherent licht, meestal van een laserresonator. De laserstraal kan worden geproduceerd met verschillende lasers, zoals vastestof-, gas- of vezellasers.
2. De laserstraal scherpstellen
Eenmaal gegenereerd wordt de laserstraal door een reeks spiegels en lenzen geleid om hem te focussen in een kleine, intense plek. Deze focus is cruciaal. Het verhoogt de energiedichtheid van de laserstraal, waardoor deze het materiaal waarmee hij in contact komt kan smelten of verdampen.
3. Materiaalvoorbereiding
Voor het lassen worden de te verbinden materialen voorbereid door ze schoon te maken en goed te positioneren. De voorbereiding van het oppervlak is essentieel voor een goede hechting en kwaliteit van de las.
4. Lasproces
De gefocuste laserstraal wordt gericht op de verbinding tussen de te lassen materialen. Wanneer de intense straal het oppervlak raakt, wordt het materiaal snel verhit, gesmolten of verdampt. De opgewekte hitte is gelokaliseerd, waardoor de door warmte beïnvloede zone (HAZ) van het omringende materiaal tot een minimum wordt beperkt.
5. Verbinden van materialen
Als het materiaal smelt of verdampt, vormt het een smeltbad op het verbindingsoppervlak. Het gesmolten materiaal koelt af en stolt, waardoor een smeltverbinding tussen de materialen ontstaat. De laserstraal wordt langs de lasnaad bewogen om de hele lengte te lassen.
6. Controle en bewaking
Laserlasprocessen bevatten vaak sensoren en controlesystemen om het vermogen, de bundelfocus en de snelheid te regelen. Dit zorgt voor een nauwkeurige controle over het lasproces en helpt een consistente kwaliteit te behouden.
Belangrijke parameters van laserlassen
1. Vermogensdichtheid
Vermogensdichtheid is een van de meest kritische parameters bij laserbewerking. Met een hogere vermogensdichtheid kan de oppervlaktelaag binnen een microseconde verhit worden tot het kookpunt, wat resulteert in uitgebreide verdamping. Daarom is een hoge vermogensdichtheid gunstig voor materiaalverwijdering, zoals boren, snijden en graveren. Bij lagere vermogens duurt het enkele milliseconden voordat de oppervlaktetemperatuur het kookpunt bereikt. Voordat de oppervlaktelaag verdampt, bereikt de onderlaag het smeltpunt, waardoor gemakkelijk een goede gesmolten las wordt gevormd.
2. Golfvorm laserpuls
Wanneer een laserstraal met hoge intensiteit het oppervlak van een materiaal raakt, wordt 60 tot 98% van de laserenergie gereflecteerd en gaat verloren op het metaaloppervlak. Dit zijn bijvoorbeeld goud, zilver, koper, aluminium, titanium en andere materialen met een sterke reflectie en snelle warmteoverdracht. Tijdens een laserpulssignaal verandert de reflectiviteit van het metaal met de tijd. De reflectiviteit zal snel afnemen wanneer de oppervlaktetemperatuur van het materiaal stijgt tot het smeltpunt. Wanneer het oppervlak gesmolten is, stabiliseert de reflectie zich op een bepaalde waarde.
3. Laserpulsbreedte
Pulsbreedte is een essentiële parameter voor pulslaserlassen. De penetratiediepte en de warmte-beïnvloede zone bepalen de pulsbreedte. Hoe langer de pulsbreedte, hoe groter de warmte-beïnvloede zone. De penetratiediepte neemt toe met 1/2 macht van de pulsbreedte. Vergroten van de pulsbreedte verlaagt echter het piekvermogen. Daarom wordt het vergroten van de pulsbreedte over het algemeen gebruikt voor thermisch geleidingslassen. De gevormde las is breed en ondiep, wat vooral geschikt is voor het overlaplassen van dunne en dikke platen.
Een lager piekvermogen resulteert echter in een overmatige warmte-inbreng. Elk materiaal heeft een optimale pulsbreedte die de penetratie maximaliseert.
4. Hoeveelheid onscherpte
Laserlassen vereist meestal een zekere mate van defocus. Dit komt omdat de vermogensdichtheid in het midden van de laserspot bij het laserfocus te hoog is en gemakkelijk in gaten kan verdampen. De vermogensdichtheidsverdeling is relatief uniform op elk vlak weg van het laserfocuspunt.
5. Lassnelheid
De lassnelheid heeft een grote invloed op de inbranddiepte. Een hogere snelheid maakt de inbranding ondieper. Een te lage snelheid veroorzaakt echter overmatig smelten van het materiaal en doorlassen van het werkstuk. Daarom is er een geschikte lassnelheid voor een specifiek materiaal met een bepaald laservermogen en een bepaalde dikte, en de maximale inbranding kan worden verkregen bij de overeenkomstige snelheidswaarde.
6. Beschermend gas
Inerte gassen worden vaak gebruikt om het smeltbad te beschermen tijdens het laserlassen. Helium, argon, stikstof en andere gassen worden vaak gebruikt voor bescherming in de meeste toepassingen. De tweede functie van het beschermgas is om de focuslens te beschermen tegen verontreiniging door metaaldamp en sputteren van vloeistofdruppels. Tijdens hoogvermogen laserlassen is de nevel zeer krachtig en is het noodzakelijk om de lens te beschermen. De derde functie van het beschermgas is het effectief verdrijven van het plasmaschild dat door het krachtige laserlassen wordt geproduceerd. De metaaldamp absorbeert de laserstraal en ioniseert deze tot een plasma. Als er te veel plasma aanwezig is, zal het plasma de laserstraal in zekere mate opslokken.
7. Koeling en nabewerking
Na het lassen kan de lasverbinding afkoelen om de las volledig te laten stollen. Afhankelijk van de toepassing kunnen extra nabewerkingsstappen zoals slijpen of polijsten nodig zijn om de gewenste oppervlakteafwerking en lasintegriteit te verkrijgen.
Voordelen van laserlassen
Laserlassen biedt verschillende voordelen ten opzichte van traditionele lasmethoden. Daartoe behoren hoge precisie, hoge verwerkingssnelheden, minimale vervorming en de mogelijkheid om verschillende materialen te lassen. Deze eigenschappen maken het tot een voorkeursoptie in meerdere industrieën, waaronder de auto-industrie, lucht- en ruimtevaart, elektronica en de productie van medische apparatuur.
Laserlassen kan een verbindingssterkte van hoge kwaliteit en een grote beeldverhouding verkrijgen en de lassnelheid is relatief snel.
Omdat laserlassen geen vacuümomgeving vereist, kunnen lenzen en optische vezels worden gebruikt voor afstandsbediening en geautomatiseerde productie.
Laserlassen heeft een grote vermogensdichtheid, heeft een goed laseffect op moeilijk te lassen materialen zoals titanium, kwarts, enz. Het kan materialen met verschillende eigenschappen lassen.
Microlassen is mogelijk. Nadat de laserstraal nauwkeurig is gefocusseerd en gepositioneerd, kan hij een zeer klein punt bereiken. Het kan worden gebruikt bij het assemblagelassen van micro- en kleine werkstukken die in grote hoeveelheden worden geproduceerd voor geautomatiseerde productie.