Laserlassen uitgelegd – Laserlassen 101 |

Wat is laserlassen? Laserlassen uitgelegd! Alles wat u moet weten over laserlassen, inclusief de belangrijkste principes en procesparameters!

Veel klanten begrijpen de basisprincipes van laserlasmachines niet, laat staan dat ze de juiste laserlasmachine kunnen kiezen. Mimowork Laser helpt u echter graag bij het maken van de juiste keuze en biedt aanvullende ondersteuning zodat u laserlassen beter begrijpt.

Wat is laserlassen?

Laserlassen is een type smeltlassen waarbij de laserstraal als laswarmtebron wordt gebruikt. Het lasprincipe is dat door middel van een specifieke methode het actieve medium wordt gestimuleerd, waardoor een resonantieholtetrilling ontstaat en deze vervolgens wordt omgezet in een gestimuleerde stralingsstraal. Wanneer de straal en het werkstuk met elkaar in contact komen, wordt de energie door het werkstuk geabsorbeerd. Wanneer de temperatuur het smeltpunt van het materiaal bereikt, kan het worden gelast.

Volgens het principe van het lasbad kent laserlassen twee basisprincipes: warmtegeleidingslassen en dieppenetratielassen (sleutelgatlassen). De warmte die ontstaat bij warmtegeleidingslassen wordt door warmteoverdracht naar het werkstuk verspreid, waardoor het lasoppervlak smelt. Er vindt geen verdamping plaats, wat vaak wordt toegepast bij het lassen van dunne componenten met een lage snelheid. Diepfusielassen verdampt het materiaal en vormt een grote hoeveelheid plasma. Door de verhoogde warmte ontstaan er gaten aan de voorkant van het smeltbad. Dieppenetratielassen is de meest gebruikte laserlasmethode. Het kan het werkstuk grondig lassen en de energietoevoer is enorm, wat leidt tot een hoge lassnelheid.

Procesparameters bij laserlassen

Er zijn veel procesparameters die de kwaliteit van het laserlassen beïnvloeden, zoals de vermogensdichtheid, de golfvorm van de laserpuls, defocussering, de lassnelheid en de keuze van het hulpgas.

Laservermogensdichtheid

Vermogensdichtheid is een van de belangrijkste parameters bij laserbewerking. Met een hogere vermogensdichtheid kan de oppervlaktelaag binnen een microseconde tot het kookpunt worden verhit, wat resulteert in een grote hoeveelheid verdamping. Daarom is de hoge vermogensdichtheid voordelig voor materiaalverwijderingsprocessen zoals boren, snijden en graveren. Bij een lage vermogensdichtheid duurt het enkele milliseconden voordat de oppervlaktetemperatuur het kookpunt bereikt, en voordat het oppervlak verdampt, bereikt de bodem het smeltpunt, wat gemakkelijk is om een goede smeltlas te vormen. Daarom ligt het vermogensdichtheidsbereik bij warmtegeleidingslaserlassen tussen 104 en 106 W/cm².

Laserpulsgolfvorm

De golfvorm van een laserpuls is niet alleen een belangrijke parameter om materiaalverwijdering van materiaalsmelting te onderscheiden, maar ook een belangrijke parameter om het volume en de kosten van verwerkingsapparatuur te bepalen. Wanneer de laserstraal met hoge intensiteit op het oppervlak van het materiaal wordt gericht, zal 60 tot 90% van de laserenergie worden gereflecteerd en verloren gaan. Dit geldt met name voor goud, zilver, koper, aluminium, titanium en andere materialen met een sterke reflectie en snelle warmteoverdracht. De reflectie van een metaal varieert met de tijd tijdens een laserpuls. Wanneer de oppervlaktetemperatuur van het materiaal stijgt tot het smeltpunt, neemt de reflectie snel af. Wanneer het oppervlak zich in de smelttoestand bevindt, stabiliseert de reflectie zich op een bepaalde waarde.

Laserpulsbreedte

Pulsbreedte is een belangrijke parameter bij gepulst laserlassen. De pulsbreedte werd bepaald door de indringdiepte en de warmtebeïnvloede zone. Hoe langer de pulsbreedte, hoe groter de warmtebeïnvloede zone, en de indringdiepte nam toe met de helft van de pulsbreedte. Een grotere pulsbreedte verlaagt echter het piekvermogen, dus een grotere pulsbreedte wordt over het algemeen gebruikt voor warmtegeleidingslassen, wat resulteert in een brede en ondiepe las, vooral geschikt voor overlappend lassen van dunne en dikke platen. Een lager piekvermogen resulteert echter in een overmatige warmte-inbreng, en elk materiaal heeft een optimale pulsbreedte die de indringdiepte maximaliseert.

Defocushoeveelheid

Laserlassen vereist doorgaans een zekere mate van defocussering, omdat de vermogensdichtheid van het puntcentrum bij het laserfocuspunt te hoog is, waardoor het lasmateriaal gemakkelijk in gaten verdampt. De vermogensdichtheid is relatief gelijkmatig verdeeld in elk vlak, weg van het laserfocuspunt.

Er zijn twee defocus-modi:
Positieve en negatieve defocus. Als het brandvlak zich boven het werkstuk bevindt, is er sprake van positieve defocus; anders is er sprake van negatieve defocus. Volgens de theorie van de geometrische optica is de vermogensdichtheid op het corresponderende vlak ongeveer gelijk wanneer de afstand tussen het positieve en negatieve defocusvlak en het lasvlak gelijk is, maar is de verkregen smeltbadvorm in feite anders. Bij negatieve defocus kan een grotere penetratie worden bereikt, wat verband houdt met het vormingsproces van het smeltbad.

Lassnelheid

De lassnelheid bepaalt de kwaliteit van het lasoppervlak, de inbranddiepte, de warmtebeïnvloede zone, enzovoort. De lassnelheid beïnvloedt de warmte-inbreng per tijdseenheid. Als de lassnelheid te laag is, is de warmte-inbreng te hoog, waardoor het werkstuk doorbrandt. Als de lassnelheid te hoog is, is de warmte-inbreng te laag, waardoor het werkstuk gedeeltelijk en onafgewerkt wordt gelast. Het verlagen van de lassnelheid wordt meestal gebruikt om de inbranding te verbeteren.

Hulpgas voor bescherming tegen blazen

Hulpgas voor blaasbescherming is een essentiële procedure bij laserlassen met hoog vermogen. Enerzijds om te voorkomen dat metalen materialen sputteren en de focusseerspiegel verontreinigen; anderzijds om te voorkomen dat het plasma dat tijdens het lasproces wordt gegenereerd te sterk focust en de laser het materiaaloppervlak bereikt. Bij laserlassen worden helium, argon, stikstof en andere gassen vaak gebruikt om het smeltbad te beschermen en oxidatie van het werkstuk tijdens het lassen te voorkomen. Factoren zoals het type beschermgas, de grootte van de luchtstroom en de blaashoek hebben een grote invloed op de lasresultaten, en verschillende blaasmethoden hebben ook een zekere impact op de laskwaliteit.