Da handgeführte Laserschweißgeräte in der Industrie immer beliebter werden, möchten Menschen mehr über das Laserschweißen erfahren. In diesem Artikel werden zwei verschiedene Laserschweißmodi und die Faktoren beschrieben, die einen Einfluss auf die Wirksamkeit des Laserschweißens haben.
Das Laserschweißen kann entweder mit einem kontinuierlichen oder gepulsten Laserstrahl durchgeführt werden und lässt sich nach dem Prinzip des Laserschweißens in Wärmeübertragungsschweißen oder Lasertiefschmelzschweißen einteilen. Im Folgenden finden Sie eine Beschreibung dieser beiden Laserschweißmodi.
Wärmeleitungsschweißen
Beim Wärmeleitungsschweißen erfolgt die Diffusion von Wärme in das Werkstück durch Wärmeübertragung. Durch die Steuerung der Laserparameter wie Breite, Energie, Spitzenleistung und Wiederholfrequenz des Laserpulses wird das Werkstück geschmolzen und ein spezifisches Schmelzbad gebildet. Dieser Laserschweißmodus erzeugt ein Schmelzphänomen nur an der Oberfläche der Schweißnaht, das Innere des Werkstücks wird nicht vollständig durchgeschmolzen und es kommt grundsätzlich zu keiner Verdampfung. Die geringe Schmelztiefe und die langsame Schweißgeschwindigkeit nach dem Schweißen werden hauptsächlich zum Schweißen dünnwandiger Metallmaterialien bei niedriger Geschwindigkeit genutzt.
Laser-Tiefschmelzschweißen
Das Laser-Tiefschmelzschweißen durchdringt das Material nicht nur vollständig, sondern verdampft das Material auch und bildet eine große Menge Plasma. Aufgrund der hohen Hitze entsteht an der Vorderseite des Schmelzbades ein Schlüsselloch. Das Tiefschmelzschweißen ist aufgrund seiner hohen Eingangsenergie, der hohen Schweißgeschwindigkeit und des großen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnisses das am weitesten verbreitete Laserschweißverfahren. Bei den Laserschweißmaschinen für das Zahnradschweißen und das metallurgische Blechschweißen handelt es sich hauptsächlich um Lasertiefschmelzschweißen.
Unterschiedliche Prozessparameter haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Laserschweißwirkung. Hier werden drei Faktoren beschrieben, die einen Einfluss auf die Laserschweißwirkung haben.
Laserleistung
Beim Laserschweißen gibt es einen Schwellenwert für die Laserenergiedichte, unterhalb dessen die Schmelztiefe gering ist. Sobald dieser Wert erreicht oder überschritten wird, nimmt die Schmelztiefe erheblich zu. Erst wenn die Laserleistungsdichte am Werkstück den Schwellenwert (materialabhängig) überschreitet, wird Plasma erzeugt, das die Stabilisierung des Tiefschmelzschweißens markiert.
Liegt die Laserleistung unterhalb dieser Schwelle, kommt es nur zu einem oberflächlichen Aufschmelzen des Werkstücks, das heißt, das Schweißen erfolgt in einer stabilen Wärmeübertragungsart. Und wenn die Laserleistungsdichte nahe den kritischen Bedingungen für die Bildung kleiner Löcher liegt, wechseln sich Tiefschmelzschweißen und Konduktionsschweißen ab und werden zu instabilen Schweißprozessen, was zu großen Schwankungen in der Schmelztiefe führt. Beim Laser-Tiefschmelzschweißen steuert die Laserleistung sowohl die Eindringtiefe als auch die Schweißgeschwindigkeit. Im Allgemeinen nimmt bei einem Laserstrahl mit einem bestimmten Durchmesser die Schmelztiefe mit zunehmender Strahlleistung zu.
Schweißgeschwindigkeit
Die Schweißgeschwindigkeit hat großen Einfluss auf die Schmelztiefe. Durch Erhöhen der Schweißgeschwindigkeit wird die Schmelztiefe geringer, eine zu niedrige Geschwindigkeit führt jedoch zu übermäßigem Schmelzen des Materials und Durchschweißen des Werkstücks. Daher sollte für eine bestimmte Laserleistung und eine bestimmte Dicke eines bestimmten Materials ein geeigneter Schweißgeschwindigkeitsbereich vorhanden sein, in dem der entsprechende Geschwindigkeitswert bei maximaler Schmelztiefe erhalten werden kann.
Schutzgas
Beim Laserschweißen werden häufig Inertgase zum Schutz des Schmelzbades eingesetzt. Dies kann vernachlässigt werden, wenn bestimmte Materialien unabhängig von der Oberflächenoxidation geschweißt werden können. Bei den meisten Anwendungen werden jedoch häufig Helium, Argon und Stickstoff verwendet, um das Werkstück während des Schweißens vor Oxidation zu schützen Verfahren.
Helium lässt sich nicht leicht ionisieren, so dass der Laser ungehindert passieren kann und die Strahlenergie ungehindert die Oberfläche des Werkstücks erreichen kann. Dies ist das wirksamste Schutzgas beim Laserschweißen, aber es ist teurer. Argon ist billiger und dichter und schützt daher besser. Es ist jedoch anfällig für die Hochtemperatur-Metallplasmaionisierung und schirmt dadurch einen Teil des Strahls vom Erreichen des Werkstücks ab, wodurch die effektive Laserleistung zum Schweißen verringert und auch die Schweißgeschwindigkeit und die Tiefe der Schmelze beeinträchtigt werden. Stickstoff ist das günstigste Schutzgas, eignet sich jedoch nicht für bestimmte Arten des Edelstahlschweißens. Dies ist hauptsächlich auf metallurgische Probleme zurückzuführen, beispielsweise auf die Absorption, die manchmal zu Porosität in der Überlappungszone führt.
Die zweite Funktion der Verwendung von Schutzgas besteht darin, die Fokussierlinse im Inneren der Laserschweißpistole vor Verunreinigungen durch Metalldämpfe und dem Zerstäuben flüssiger geschmolzener Tröpfchen zu schützen. Dies ist insbesondere beim Hochleistungslaserschweißen erforderlich, bei dem der Auswurf sehr stark ist. Die dritte Funktion des Schutzgases besteht darin, die durch Hochleistungslaserschweißen erzeugte Plasmaabschirmung zu zerstreuen.
