Wie wählen Sie die besten Gasgemische für Ihr Laserschweißen aus?
Typen, Vorteile und Anwendungen
Einführung:
Wichtige Dinge, die Sie vor dem Eintauchen wissen sollten
Laserschweißen ist ein hochpräzises Schweißverfahren, bei dem ein Laserstrahl das Material des Werkstücks schmilzt und nach dem Abkühlen eine Schweißnaht bildet. Beim Laserschweißen spielt Gas eine Schlüsselrolle.
Das Schutzgas beeinflusst nicht nur die Schweißnahtausbildung, die Schweißnahtqualität, den Schweißnahteinbrand und die Einbrandbreite, sondern hat auch direkten Einfluss auf die Qualität und Effizienz des Laserschweißens.
Welche Gase werden zum Laserschweißen benötigt?Dieser Artikel befasst sich eingehend mitdie Bedeutung von Laserschweißgasen, die verwendeten Gase und ihre Wirkung.
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Warum wird zum Laserschweißen Gas benötigt?
Laserstrahlschweißen
Beim Laserschweißen wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte auf den Schweißbereich des Werkstücks fokussiert.
Dies führt zum sofortigen Schmelzen des Oberflächenmaterials des Werkstücks.
Beim Laserschweißen wird Gas zum Schutz des Schweißbereichs benötigt.
Kontrollieren Sie die Temperatur, verbessern Sie die Qualität der Schweißnaht und schützen Sie das optische System.
Die Wahl der geeigneten Gasart und der Versorgungsparameter sind wichtige Faktoren für eine effiziente Nutzung.
Und stabiler Laserschweißprozess und Erzielung hochwertiger Schweißergebnisse.
1. Schutz der Schweißbereiche
Während des Laserschweißvorgangs ist der Schweißbereich der äußeren Umgebung ausgesetzt und wird leicht durch Sauerstoff und andere Gase in der Luft beeinflusst.
Sauerstoff löst Oxidationsreaktionen aus, die zu einer Verschlechterung der Schweißqualität sowie zur Bildung von Poren und Einschlüssen führen können. Die Schweißnaht kann durch die Zufuhr eines geeigneten Gases, in der Regel eines Inertgases wie Argon, zum Schweißbereich wirksam vor Sauerstoffverunreinigungen geschützt werden.
2. Wärmekontrolle
Die Wahl und Zufuhr des Gases kann die Temperatur im Schweißbereich steuern. Durch Anpassung der Durchflussrate und der Gasart lässt sich die Abkühlgeschwindigkeit des Schweißbereichs beeinflussen. Dies ist wichtig, um die Wärmeeinflusszone (WEZ) beim Schweißen zu kontrollieren und thermische Verformungen zu reduzieren.
3. Verbesserte Schweißqualität
Einige Hilfsgase wie Sauerstoff oder Stickstoff können die Qualität und Leistung von Schweißnähten verbessern. Beispielsweise kann die Zugabe von Sauerstoff die Durchdringung der Schweißnaht verbessern und die Schweißgeschwindigkeit erhöhen. Gleichzeitig werden Form und Tiefe der Schweißnaht beeinflusst.
4. Gaskühlung
Beim Laserschweißen ist der Schweißbereich üblicherweise hohen Temperaturen ausgesetzt. Der Einsatz einer Gaskühlung kann helfen, die Temperatur im Schweißbereich zu kontrollieren und eine Überhitzung zu verhindern. Dies ist wichtig, um die thermische Belastung im Schweißbereich zu reduzieren und die Schweißqualität zu verbessern.
Automatisiertes Laserstrahlschweißen
5. Gasschutz optischer Systeme
Der Laserstrahl wird durch ein optisches System auf den Schweißbereich fokussiert.
Beim Lötvorgang können das geschmolzene Material und die entstehenden Aerosole optische Komponenten verunreinigen.
Durch die Einbringung von Gasen in den Schweißbereich wird das Kontaminationsrisiko verringert und die Lebensdauer des optischen Systems verlängert.
Welche Gase werden beim Laserschweißen verwendet?
Beim Laserschweißen isoliert das Gas die Luft von der Schweißplatte und verhindert so deren Reaktion mit der Luft. Dadurch wird die Schweißoberfläche der Metallplatte weißer und schöner. Der Einsatz von Gas schützt die Linsen zudem vor Schweißstaub. Üblicherweise werden folgende Gase verwendet:
1. Schutzgas:
Schutzgase, auch Inertgase genannt, spielen beim Laserschweißen eine wichtige Rolle. Sie werden häufig zum Schutz des Schweißbades eingesetzt. Zu den beim Laserschweißen üblicherweise verwendeten Schutzgasen zählen vor allem Argon und Neon. Aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften wirken sie sich auch unterschiedlich auf die Schweißnaht aus.
Schutzgas:Argon
Argon ist eines der am häufigsten verwendeten Edelgase.
Es weist unter der Einwirkung des Lasers einen hohen Ionisierungsgrad auf, der der Kontrolle der Bildung von Plasmawolken nicht förderlich ist, was wiederum einen gewissen Einfluss auf die effektive Nutzung von Lasern hat.
Aufgrund seiner inerten Natur wird Argon nicht in den Lötprozess einbezogen, leitet die Wärme aber gut ab und trägt so zur Kontrolle der Temperatur im Lötbereich bei.
Schutzgas:Neon
Neon wird häufig als Inertgas verwendet, ähnlich wie Argon, und dient hauptsächlich dazu, den Schweißbereich vor Sauerstoff und anderen Schadstoffen in der äußeren Umgebung zu schützen.
Es ist wichtig zu beachten, dass Neon nicht für alle Laserschweißanwendungen geeignet ist.
Es wird hauptsächlich für einige spezielle Schweißaufgaben verwendet, beispielsweise zum Schweißen dickerer Materialien oder wenn tiefere Schweißnähte erforderlich sind.
2. Hilfsgas:
Während des Laserschweißprozesses können neben dem Hauptschutzgas auch Hilfsgase verwendet werden, um die Schweißleistung und -qualität zu verbessern. Im Folgenden sind einige gängige Hilfsgase aufgeführt, die beim Laserschweißen verwendet werden.
Hilfsgas:Sauerstoff
Sauerstoff wird üblicherweise als Hilfsgas verwendet und kann dazu verwendet werden, die Hitze und die Schweißtiefe beim Schweißen zu erhöhen.
Durch die Zugabe von Sauerstoff können die Schweißgeschwindigkeit und die Durchdringung erhöht werden, die Zugabe muss jedoch sorgfältig kontrolliert werden, um zu verhindern, dass überschüssiger Sauerstoff Oxidationsprobleme verursacht.
Hilfsgas:Wasserstoff/Wasserstoffgemisch
Wasserstoff verbessert die Qualität von Schweißnähten und verringert die Bildung von Porosität.
Argon-Wasserstoff-Gemische werden in einigen Spezialanwendungen eingesetzt, beispielsweise beim Schweißen von Edelstahl. Der Wasserstoffgehalt des Gemisches liegt typischerweise zwischen 2 % und 15 %.
Schutzgas:Stickstoff
Auch beim Laserschweißen wird häufig Stickstoff als Hilfsgas verwendet.
Die Ionisierungsenergie von Stickstoff ist moderat, höher als die von Argon und niedriger als die von Wasserstoff.
Der Ionisierungsgrad wird im Allgemeinen durch die Einwirkung eines Lasers bestimmt. Dadurch kann die Bildung von Plasmawolken besser reduziert, die Qualität der Schweißnähte und das Erscheinungsbild verbessert und die Auswirkungen von Sauerstoff auf die Schweißnähte verringert werden.
Stickstoff kann auch verwendet werden, um die Temperatur des Schweißbereichs zu kontrollieren und die Bildung von Blasen und Poren zu reduzieren.
Schutzgas:Helium
Beim Hochleistungs-Laserschweißen wird üblicherweise Helium verwendet, da es eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und nicht leicht ionisiert wird. Dadurch kann der Laserstrahl ungehindert hindurchtreten und die Strahlenergie kann die Werkstückoberfläche ungehindert erreichen.
Fördert Schweißen mit höherer Leistung. Helium kann auch zur Verbesserung der Schweißqualität und zur Kontrolle der Schweißtemperaturen verwendet werden. Es ist das wirksamste Schutzgas beim Laserschweißen, aber es ist relativ teuer.
3. Kühlgas:
Kühlgas wird beim Laserschweißen häufig verwendet, um die Temperatur des Schweißbereichs zu regeln, Überhitzung zu vermeiden und die Schweißqualität aufrechtzuerhalten. Im Folgenden sind einige häufig verwendete Kühlgase aufgeführt:
Kühlgas/-medium:Wasser
Wasser ist ein gängiges Kühlmedium, das oft zum Kühlen von Lasergeneratoren und optischen Laserschweißsystemen verwendet wird.
Wasserkühlsysteme können dazu beitragen, die Temperatur des Lasergenerators und der optischen Komponenten stabil zu halten und so die Stabilität und Leistung des Laserstrahls sicherzustellen.
Kühlgas/-medium:Atmosphärische Gase
Bei einigen Laserschweißverfahren können Umgebungsgase zur Kühlung verwendet werden.
Beispielsweise kann im optischen System eines Lasergenerators das umgebende Atmosphärengas für einen Kühleffekt sorgen.
Kühlgas/-medium:Inertgase
Als Kühlgase können auch Inertgase wie Argon und Stickstoff verwendet werden.
Sie haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit und können zur Steuerung der Temperatur des Schweißbereichs und zur Reduzierung der Wärmeeinflusszone (WEZ) verwendet werden.
Kühlgas/-medium:Flüssiger Stickstoff
Flüssiger Stickstoff ist ein Kühlmittel mit extrem niedriger Temperatur, das für das Laserschweißen mit extrem hoher Leistung verwendet werden kann.
Es bietet einen sehr effektiven Kühleffekt und sorgt für eine Temperaturkontrolle im Schweißbereich.
4. Mischgas:
Gasgemische werden beim Schweißen häufig verwendet, um verschiedene Aspekte des Prozesses zu optimieren, wie z. B. Schweißgeschwindigkeit, Eindringtiefe und Lichtbogenstabilität. Es gibt zwei Haupttypen von Gasgemischen: binäre und ternäre Gemische.
Binäre Gasgemische:Argon + Sauerstoff
Die Zugabe einer kleinen Menge Sauerstoff zu Argon verbessert die Lichtbogenstabilität, verfeinert das Schweißbad und erhöht die Schweißgeschwindigkeit. Diese Mischung wird üblicherweise zum Schweißen von Kohlenstoffstahl, niedriglegiertem Stahl und Edelstahl verwendet.
Binäre Gasgemische:Argon + Kohlendioxid
Die Zugabe von CO₂ zu Argon erhöht die Schweißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit und reduziert gleichzeitig die Spritzerbildung. Diese Mischung wird häufig zum Schweißen von Kohlenstoffstahl und Edelstahl verwendet.
Binäre Gasgemische:Argon + Wasserstoff
Wasserstoff erhöht die Lichtbogentemperatur, verbessert die Schweißgeschwindigkeit und reduziert Schweißfehler. Es eignet sich besonders zum Schweißen von Nickellegierungen und Edelstahl.
Ternäre Gasgemische:Argon + Sauerstoff + Kohlendioxid
Dieses Gemisch vereint die Vorteile von Argon-Sauerstoff- und Argon-CO₂-Gemischen. Es reduziert Spritzer, verbessert die Fließfähigkeit des Schweißbades und steigert die Schweißqualität. Es wird häufig zum Schweißen von Kohlenstoffstahl, niedriglegiertem Stahl und Edelstahl unterschiedlicher Dicke verwendet.
Ternäre Gasgemische:Argon + Helium + Kohlendioxid
Diese Mischung verbessert die Lichtbogenstabilität, erhöht die Schweißbadtemperatur und steigert die Schweißgeschwindigkeit. Sie wird beim Kurzschlusslichtbogenschweißen und bei schweren Schweißanwendungen eingesetzt und bietet eine bessere Kontrolle der Oxidation.
Gasauswahl in verschiedenen Anwendungen
Handgeführtes Laserschweißen
Bei verschiedenen Laserschweißanwendungen ist die Wahl des richtigen Gases entscheidend, da unterschiedliche Gaskombinationen zu unterschiedlicher Schweißqualität, -geschwindigkeit und -effizienz führen können. Hier sind einige Richtlinien, die Ihnen bei der Auswahl des richtigen Gases für Ihre spezifische Anwendung helfen:
Art des Schweißmaterials:
Edelstahlverwendet typischerweiseArgon oder Argon/Wasserstoff-Gemisch.
Aluminium und Aluminiumlegierungenoft verwendenReines Argon.
Titanlegierungenoft verwendenStickstoff.
Kohlenstoffreiche Stähleoft verwendenSauerstoff als Hilfsgas.
Schweißgeschwindigkeit und Eindringtiefe:
Wenn eine höhere Schweißgeschwindigkeit oder ein tieferer Einbrand erforderlich ist, kann die Gaskombination angepasst werden. Die Zugabe von Sauerstoff verbessert häufig Geschwindigkeit und Einbrand, muss aber sorgfältig kontrolliert werden, um Oxidationsprobleme zu vermeiden.
Kontrolle der Wärmeeinflusszone (WEZ):
Je nach zu reinigendem Material können während des Reinigungsvorgangs gefährliche Abfälle entstehen, die besondere Handhabungsverfahren erfordern. Dies kann die Gesamtkosten des Laserreinigungsprozesses erhöhen.
Schweißqualität:
Einige Gaskombinationen können die Qualität und das Aussehen von Schweißnähten verbessern. Beispielsweise kann Stickstoff für ein besseres Aussehen und eine bessere Oberflächenqualität sorgen.
Poren- und Blasenkontrolle:
Bei Anwendungen, die sehr hochwertige Schweißnähte erfordern, muss der Bildung von Poren und Blasen besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Die richtige Gasauswahl kann das Risiko dieser Defekte verringern.
Überlegungen zu Ausrüstung und Kosten:
Die Gasauswahl wird auch vom Gerätetyp und den Kosten beeinflusst. Einige Gase erfordern möglicherweise spezielle Versorgungssysteme oder sind teurer.
Für spezielle Anwendungen empfiehlt es sich, mit einem Schweißfachingenieur oder einem professionellen Hersteller von Laserschweißgeräten zusammenzuarbeiten, um professionelle Beratung einzuholen und den Schweißprozess zu optimieren.
Normalerweise sind einige Experimente und Optimierungen erforderlich, bevor die endgültige Gaskombination ausgewählt wird.
Je nach spezifischer Anwendung können verschiedene Gaskombinationen und Parameter ausprobiert werden, um die optimalen Schweißbedingungen zu finden.
Wissenswertes zum Thema: Handgeführtes Laserschweißen
Empfohlene Laserschweißmaschine
Um Ihre Metall- und Materialbearbeitungsaufgaben zu optimieren, ist die Auswahl der richtigen Ausrüstung entscheidend. MimoWork Laser empfiehlt dieHandgeführtes Laserschweißgerätfür präzises und effizientes Metallfügen.
Hohe Kapazität und Wattzahl für verschiedene Schweißanwendungen
Das 2000W Hand-Laserschweißgerät zeichnet sich durch geringe Maschinengröße, aber brillante Schweißqualität aus.
Eine stabile Faserlaserquelle und ein angeschlossenes Glasfaserkabel sorgen für eine sichere und gleichmäßige Laserstrahlübertragung.
Dank der hohen Leistung ist das Laserschweißen von Stichlöchern perfektionierbar und ermöglicht eine festere Schweißverbindung auch bei dickem Metall.
Das tragbare Laserschweißgerät mit seinem kompakten und kleinen Erscheinungsbild ist mit einer beweglichen, handgeführten Laserschweißpistole ausgestattet, die leicht und praktisch für Multi-Laser-Schweißanwendungen in jedem Winkel und auf jeder Oberfläche ist.
Optionale Laserschweißdüsen verschiedener Art und automatische Drahtzufuhrsysteme erleichtern das Laserschweißen und machen es anfängerfreundlich.
Durch Hochgeschwindigkeits-Laserschweißen steigern Sie Ihre Produktionseffizienz und -leistung erheblich und erzielen gleichzeitig einen hervorragenden Laserschweißeffekt.
Zusammenfassen
Kurz gesagt: Beim Laserschweißen wird Gas verwendet, um Schweißbereiche zu schützen, die Temperatur zu regeln, die Schweißqualität zu verbessern und optische Systeme zu schützen. Die Auswahl geeigneter Gasarten und Versorgungsparameter ist ein wichtiger Faktor für einen effizienten und stabilen Laserschweißprozess und die Erzielung hochwertiger Schweißergebnisse. Unterschiedliche Materialien und Anwendungen erfordern möglicherweise unterschiedliche Typen und Mischungsverhältnisse, um spezifische Schweißanforderungen zu erfüllen.
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Weiterführende Links
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Veröffentlichungszeit: 13. Januar 2025