Laserschweißmaschinen

Laserleistungsdichte:Die Laserleistungsdichte bezieht sich auf die Laserleistung pro Flächeneinheit.
Leistungsdichte (W/c㎡)=4*Laserpulsenergie (J)/πPunktdurchmesser (cm)²*Pulsbreite(s)Punktdurchmesser(mm)=[Fokussierungsbrennweite(mm)/Kollimationsbrennweite des Laserkopfs(mm)]*Durchmesser des Glasfaserkerns(mm) 1cm=10mm=10000um

Laserleistung:Beim Laserschweißen gibt es einen Schwellenwert für die Laserenergiedichte 104-106 W/cm². Unterhalb dieses Werts kann die Absorption der Laserenergie durch das Metall nur zu einer Erhöhung der Oberflächentemperatur des Materials führen, die feste Phase bleibt jedoch unverändert. Sobald der Wert erreicht oder überschritten wird, wird die Schmelztiefe erheblich erhöht. Erst wenn die Laserleistungsdichte am Werkstück den Schwellenwert (materialabhängig) überschreitet, wird ein Plasma erzeugt, das die Stabilisierung der Schmelztiefe des Schweißens markiert. Wenn die Laserleistung den Schwellenwert erreicht, tritt am Werkstück nur eine Oberflächenschmelze auf, d. h. das Schweißen erfolgt in einer Art gleichmäßiger Wärmeleitung. Wenn die Laserleistungsdichte in der Nähe von 106 W/cm² liegt, was die kritische Bedingung für die Bildung kleiner Löcher ist, finden abwechselnd Tiefenschmelzen und Wärmeleitungsschweißen statt, und der Schweißprozess wird instabil, was zu großen Schwankungen der Eindringtiefe führt. Beim Lasertiefschmelzschweißen steuert die Laserleistung sowohl die Eindringtiefe als auch die Schweißgeschwindigkeit. Die Schweißtiefe steht in direktem Zusammenhang mit der Strahlleistungsdichte und ist eine Funktion der einfallenden Strahlleistung und des Strahlbrennflecks. Im Allgemeinen erhöht sich bei einem gegebenen Laserstrahldurchmesser die Eindringtiefe mit zunehmender Strahlleistung.

Wellenform der Laserpulsbreite:Im Allgemeinen ist die Reflektivität hoch, wenn der Laser auf die Oberfläche des zu verarbeitenden Materials einwirkt, und wenn die Oberflächentemperatur des Materials bis zum Schmelzpunkt ansteigt, nimmt die Reflektivität schnell ab. Wenn die Oberflächentemperatur des Materials schmilzt, stabilisiert sich die Reflektivität bei einem bestimmten Wert. Wenn also beim Schweißen von hochreflektierendem Material eine Rechteckwelle aufrechterhalten wird (die erforderliche Energie ist viel höher als bei Edelstahl), ist die Kupferreflektivität zu Beginn hoch, und der Großteil des Lichts wird reflektiert. In der zweiten Phase steigt die Kupfertemperatur, und die Reflektivität nimmt ab. Das Kupfer beginnt, Energie zu absorbieren. Wenn zu diesem Zeitpunkt noch eine sehr hohe Energie vorhanden ist, kann die Temperatur des Kupfers bis zum Siedepunkt erhitzt werden, was zu einer Instabilität der Schweißnaht führt. Daher ist es notwendig, einen Pre-Spike mit einem langsamen Abfall der Wellenform zu verwenden.

Defokussierungsmenge:Die Defokussierung ist der Abstand von der Oberfläche des Schweißstücks zum kleinsten Punkt des fokussierten Laserstrahls während des Schweißens. Es gibt zwei Arten der Defokussierung: positive Defokussierung und negative Defokussierung. Wie in der Abbildung gezeigt, ist die Brennebene über dem Werkstück positiv defokussiert und umgekehrt negativ defokussiert. Durch Ändern des Defokussierungsbetrags können die Größe des Laserheizpunkts und die Einfallsbedingungen des Strahls geändert werden. Ein einzelner Defokussierungsbetrag ist zu groß, um den Punktdurchmesser zu vergrößern und die Leistungsdichte über dem Punkt zu verringern, sodass die Schmelztiefe verringert wird. Der Defokussierungsgrad beeinflusst nicht nur die Größe des Punktdurchmessers auf der Oberfläche des Werkstücks, sondern auch die Richtung des Strahleinfalls, den Schweißmodus usw. und hat somit einen größeren Einfluss auf die Schweißform, das Schmelzbad und die Querschnittsfläche.

Schweißgeschwindigkeit:Die Schweißgeschwindigkeit beeinflusst die Wärmezufuhr pro Zeiteinheit. Wenn die Schweißgeschwindigkeit zu langsam ist, ist die Wärmezufuhr zu groß, was zu einem Durchbrennen des Werkstücks führt; wenn die Schweißgeschwindigkeit zu schnell ist, ist die Wärmezufuhr zu klein, was zu einem Durchschweißen des Werkstücks führt. Unter einer bestimmten Laserleistung erhöht sich die Schweißgeschwindigkeit, die Wärmezufuhr nimmt ab und die Schweißtiefe nimmt ab. Eine entsprechende Reduzierung der Schweißgeschwindigkeit kann die Schmelztiefe erhöhen, aber wenn die Schweißgeschwindigkeit zu niedrig ist, erhöht sich die Schmelztiefe nicht, sondern die Schmelzbreite nimmt zu.

Schutzgas:Beim Laserschweißen werden häufig Inertgase verwendet, um das Schmelzbad zu schützen. Beim Schweißen einiger Materialien ist die Oberflächenoxidation nicht zu berücksichtigen. Für die meisten Anwendungen werden jedoch häufig Helium, Argon, Stickstoff und andere Gase zum Schutz verwendet, damit das Werkstück während des Schweißvorgangs nicht oxidiert. Die zweite Funktion der Verwendung von Schutzgasen besteht darin, die Fokussierlinse vor Metalldampfverunreinigungen und Flüssigkeitstropfenspritzern zu schützen. Insbesondere beim Hochleistungslaserschweißen ist es sehr wichtig, die Linse zu schützen, da die ausgeworfenen Partikel sehr stark werden. Die dritte Funktion des Schutzgases besteht darin, das beim Hochleistungslaserschweißen erzeugte Plasma abzuleiten, was sehr effektiv ist. Der Metalldampf absorbiert den Laserstrahl und ionisiert zu einer Plasmawolke, und das Schutzgas um den Metalldampf herum ionisiert aufgrund der Hitze ebenfalls. Wenn zu viel Plasma vorhanden ist, wird der Laserstrahl bis zu einem gewissen Grad vom Plasma verbraucht. Das Plasma ist auf der Arbeitsoberfläche als zweite Energiequelle vorhanden und macht die Schmelztiefe geringer und die Oberfläche des Schweißbads breiter. Der Einfluss der Plasmawolke auf die Schmelztiefe ist im Bereich niedriger Schweißgeschwindigkeit am stärksten ausgeprägt. Bei zunehmender Schweißgeschwindigkeit lässt der Einfluss nach.

Schweißmaterialien:Die Absorption des Laserstrahls durch das Material hängt von einigen wichtigen Eigenschaften des Materials ab, wie Absorptionsrate, Reflexionsgrad, Wärmeleitfähigkeit, Schmelztemperatur, Verdampfungstemperatur usw., von denen die Absorptionsrate die wichtigste ist. Zu den Faktoren, die die Absorption des Laserstrahls durch das Material beeinflussen, gehören zwei Aspekte: Erstens der elektrische Widerstandskoeffizient des Materials. Nach der Messung der Absorptionsrate der polierten Oberfläche des Materials stellt sich heraus, dass die Absorptionsrate des Materials proportional zur Quadratwurzel des elektrischen Widerstandskoeffizienten ist, der mit der Temperatur variiert; zweitens hat der Oberflächenzustand des Materials (oder der Grad der Endbearbeitung) einen wichtigeren Einfluss auf die Absorptionsrate des Strahls, was wiederum einen erheblichen Einfluss auf den Schweißeffekt hat.