Laserschweißen ist eine präzise und effiziente Methode zum Verbinden von Werkstoffen
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Laserschweißen schnelle, qualitativ hochwertige Ergebnisse bei minimalem Verzug bietet.
Es ist für eine breite Palette von Materialien geeignet und kann an die spezifischen Bedürfnisse jeder Anwendung angepasst werden.
Einer der größten Vorteile des Laserschweißens ist seine Vielseitigkeit.
Es kann nicht nur zum Schweißen von Metallen wie Aluminium, Kupfer und Edelstahl, sondern auch einer Reihe anderer Materialien verwendet werden.
Einschließlich bestimmter Thermoplaste, Gläser und Verbundwerkstoffe.
Dadurch ist es in einer Vielzahl von Branchen nützlich, von der Automobilherstellung über die Elektronikindustrie bis hin zur Medizintechnik.
Was ist Laserschweißen? [Teil 2]
Die Darstellung modernster Zukunftstechnologien
Das Laserschweißen ist eine Spitzentechnologie, bei der ein hochenergetischer Laserstrahl eingesetzt wird, um Materialien, typischerweise Metalle, präzise zu verbinden, indem sie an der Kontaktstelle geschmolzen werden.
Dieses Verfahren erzeugt eine starke, dauerhafte Verbindung mit minimaler Verformung im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren.
Es ist schnell, effizient und liefert qualitativ hochwertige Ergebnisse.
Das Herzstück des Laserschweißens
Das Herzstück des Laserschweißens ist der Laserstrahl selbst, der immense Hitze erzeugt.
Wenn der Laser auf eine Metalloberfläche fokussiert wird, schmilzt er das Material und bildet ein kleines Schmelzbad.
Sobald sich der Laser entfernt, verfestigt sich das Schmelzbad rasch, in der Regel innerhalb von Millisekunden, wodurch eine starke Verbindung zwischen den Teilen entsteht.
Der Prozess ist streng kontrolliert, sodass nur die zu verschweißenden Bereiche betroffen sind, während der Rest des Materials weitgehend unberührt bleibt.
Grundlagen des Laserschweißens
Eine einfache Möglichkeit, das Laserschweißen zu verstehen, ist, sich eine Lupe vorzustellen, die die Sonnenstrahlen auf einen kleinen Punkt bündelt.
So wie gebündeltes Licht ein Stück Papier zum Schmelzen bringen kann, so bündelt der Laserstrahl intensive Energie auf eine Metalloberfläche.
Dadurch schmilzt es und verdampft in manchen Fällen sogar.
Leistungsdichte des Laserstrahlschweißens
Die Leistung des Lasers wird anhand der Leistungsdichte gemessen.
Das ist unglaublich hoch – es werden Millionen Watt pro Quadratzentimeter erreicht.
Je größer die Leistung des Lasers, desto schneller kann der Schweißprozess erfolgen und desto tiefer kann die Hitze in das Material eindringen.
Höhere Laserleistungen treiben jedoch auch die Kosten der Geräte in die Höhe.
Dies ist ein wichtiger Faktor bei der Betrachtung der Gesamtkosten der Maschine.
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Warum ist der Faserlaser der beste Werkstoff für das Laserschweißen?
Erläuterung einiger gängiger Lasertypen beim Laserschweißen
Jeder Lasertyp hat seine Stärken und Schwächen, wodurch sie sich für unterschiedliche Anwendungen beim Laserschweißen eignen.
Faserlaser sind die vielseitigsten und effizientesten, insbesondere beim Metallschweißen.
CO2-Laser eignen sich zwar gut für kreisförmige Werkstücke, erfordern aber einen höheren Wartungsaufwand.
Nd:YAG-Laser eignen sich ideal für bestimmte Aufgaben wie die Reparatur von Formen, aber ihre geringe Energieeffizienz und die hohen Wartungskosten können einschränkend wirken.
Schließlich bieten Diodenlaser eine ausgezeichnete Energieeffizienz, sind aber weniger effektiv, wenn hohe Präzision erforderlich ist.
Faserlaserschweißen: Am beliebtesten und bewährtesten
Faserlaser sind derzeit die beliebteste und bewährteste Technologie für das Laserschweißen.
Sie sind bekannt für ihre hohe Energieeffizienz von rund 30 %.
Dies trägt zu einem besseren Wärmemanagement und niedrigeren Betriebskosten bei.
Die von Faserlasern emittierte Infrarotstrahlung wird von den meisten Metallen gut absorbiert.
Dadurch eignen sie sich hervorragend für ein breites Spektrum an Schweißaufgaben.
Einer der größten Vorteile von Faserlasern ist ihre Fähigkeit, den Laserstrahl zu erzeugen und durch ein Glasfaserkabel zu führen.
Dies ermöglicht eine hohe Strahlqualität, erhöhte Präzision und eine höhere Energiedichte, was zu einer guten Eindringtiefe beim Schweißen führt.
Darüber hinaus benötigen Faserlaser nur minimale Verbrauchsmaterialien, was die Wartungskosten und die Komplexität reduziert.
Sie lassen sich außerdem problemlos in Roboter oder CNC-Maschinen integrieren, was sie in industriellen Umgebungen sehr vielseitig einsetzbar macht.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Leistung von Faserlasern praktisch unbegrenzt ist, was Hochleistungsschweißen auch bei dicken Materialien ermöglicht.
CO2-Laser: Hervorragend geeignet für bestimmte Anwendungen
CO2-Laser waren die ersten Laser, die für das industrielle Laserschweißen eingesetzt wurden und werden auch heute noch in bestimmten Anwendungen verwendet.
Diese Laser emittieren einen gasbasierten Laserstrahl, der nicht durch Glasfasern geführt werden kann.
Dies führt zu einer geringeren Strahlqualität im Vergleich zu Faserlasern.
Dadurch sind sie für manche Schweißanwendungen weniger präzise.
CO2-Laser werden typischerweise zum Schweißen kreisförmiger Werkstücke verwendet, da der Laser bei Rotation des Werkstücks fixiert werden kann.
Allerdings ist ihr Wartungsaufwand höher, da häufig Verbrauchsmaterialien wie Spiegel und Gase benötigt werden.
Mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von rund 20 % sind CO2-Laser nicht so energieeffizient wie Faserlaser.
Dies führt zu höheren Betriebskosten.
Nd:YAG-Laser: Bewährt mit Einschränkungen
Nd:YAG-Laser (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser) sind eine bewährte Technologie beim Laserschweißen.
Sie bringen jedoch auch einige Einschränkungen mit sich.
Sie haben eine geringe Energieeffizienz, typischerweise etwa 5%.
Dies führt zu Problemen mit dem Wärmemanagement und höheren Betriebskosten.
Eine der Stärken von Nd:YAG-Lasern ist ihre Fähigkeit, den Laserstrahl mithilfe von Glasfasern zu führen, was die Strahlqualität verbessert.
Allerdings ist es nach wie vor schwierig, den Laserstrahl auf einen kleinen Punkt zu fokussieren, was die Präzision bei bestimmten Anwendungen einschränkt.
Nd:YAG-Laser werden häufig für spezielle Aufgaben wie die Reparatur von Formen eingesetzt, bei denen ein größerer Fokus akzeptabel ist.
Zudem verursachen sie hohe Wartungskosten, da Verbrauchsmaterialien wie Spiegel und Lampen regelmäßig ersetzt werden müssen.
Diodenlaser: Schwierig zu fokussieren aufgrund schlechter Strahlqualität
Diodenlaser werden immer häufiger in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Energieeffizienz (rund 40%) erfordern.
Diese hohe Effizienz führt zu einem besseren Wärmemanagement und geringeren Betriebskosten im Vergleich zu einigen anderen Lasertypen.
Einer der größten Nachteile von Diodenlasern ist jedoch ihre sehr schlechte Strahlqualität.
Dadurch wird es schwierig, den Laser auf einen kleinen Punkt zu fokussieren.
Dies schränkt ihre Präzision bei einigen Schweißanwendungen ein.
Trotzdem sind Diodenlaser für bestimmte Materialien, insbesondere Kunststoffe, immer noch nützlich und können in diesen Anwendungen effektiv eingesetzt werden.
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Leitungs- und Keyhole-Laserschweißen
Gängige Schweißtechniken verstehen
Das Laserschweißen lässt sich in zwei Haupttypen unterteilen: das Leitungsschweißen und das Tiefschweißen.
Diese beiden Verfahren unterscheiden sich darin, wie der Laser mit dem Material interagiert und welche Ergebnisse sie erzeugen.
Hauptunterschiede
Schweißqualität
Beim Leitungsschweißen entstehen in der Regel sauberere Ergebnisse mit weniger Spritzern und weniger Defekten, während beim Tiefschweißen mehr Spritzer, Porosität und eine größere Wärmeeinflusszone auftreten können.
Wärmeverteilung beim Schweißen
Beim Wärmeleitungsschweißen wird die Wärme gleichmäßig in alle Richtungen verteilt, während beim Tiefschweißen die Wärme in einer engeren, senkrechten Richtung konzentriert wird, was zu einem tieferen Einbrand führt.
Schweißgeschwindigkeit
Das Schlüssellochschweißen ist schneller und eignet sich daher für die Massenproduktion, während das Leitungsschweißen langsamer ist, aber eine höhere Präzision bietet.
Leitungsschweißen
Das Wärmeleitungsschweißen ist ein schonenderes und langsameres Verfahren. Dabei schmilzt der Laserstrahl die Oberfläche des Metalls.
Dadurch wird das Metall auf seine Schmelztemperatur gebracht (den Punkt, an dem es flüssig wird).
Aber nicht darüber hinaus bis zur Verdampfungstemperatur (bei der das Metall in den gasförmigen Zustand übergehen würde).
Die Wärme verteilt sich gleichmäßig im gesamten Material, das heißt, der Wärmetransport erfolgt in alle Richtungen innerhalb des Metalls.
Da beim Wärmeleitungsschweißen das Material allmählicher schmilzt, werden qualitativ hochwertigere Ergebnisse erzielt.
Dies beinhaltet minimale Spritzer (die kleinen Tröpfchen geschmolzenen Materials, die beim Schweißen austreten können) und geringe Rauchentwicklung, wodurch der Prozess sauberer wird.
Da das Leitungsschweißen jedoch langsamer ist, wird es typischerweise für Anwendungen eingesetzt, die Präzision und qualitativ hochwertige Verbindungen erfordern, anstatt auf Geschwindigkeit zu setzen.
Schlüssellochschweißen
Das Schlüssellochschweißen hingegen ist ein schnelleres und aggressiveres Verfahren.
Bei dieser Methode schmilzt und verdampft der Laserstrahl das Metall und erzeugt so ein kleines, tiefes Loch oder Schlüsselloch im Material.
Durch die intensive Hitze des Lasers erreicht das Metall sowohl seine Schmelztemperatur als auch seine Verdampfungstemperatur.
Ein Teil des geschmolzenen Materials verwandelt sich in Gas.
Da das Material verdampft wird, erfolgt die Wärmeübertragung eher senkrecht zum Laserstrahl, wodurch ein tieferes und schmaleres Schmelzbad entsteht.
Dieses Verfahren ist wesentlich schneller als das Leitungsschweißen und eignet sich daher ideal für Produktionslinien mit hohem Durchsatz.
Allerdings kann die schnelle und intensive Hitze Spritzer verursachen, und das rasche Schmelzen kann auch zu Porosität (winzige Gasblasen, die im Schweißgut eingeschlossen sind) führen.
Und eine größere Wärmeeinflusszone (WEZ) (der Bereich um die Schweißnaht, der durch die Hitze verändert wird).
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Veröffentlichungsdatum: 25. Dezember 2024