Wie funktioniert Laserschweißen?

Wie Laserschweißen funktioniert

Der Kern des Laserschweißens besteht darin, den vom Laser erzeugten hochenergetischen Laserstrahl zu verwenden, um sich durch das optische System auf die Oberfläche des Werkstücks zu konzentrieren, um einen hochenergetischen Dichtefunkt zu bilden, der das Schmelzen oder Verdampfen des Materials zum Schweißen auslöst.

1. Lasererzeugung: Laser verwenden elektrische, optische oder chemische Energie, um Arbeitsstoffe (wie Gase, Kristalle oder optische Fasern) zu erregen, um stimulierte Emission zu erzeugen und einen hochenergetischen Strahl zu bilden.

2. Laserstrahlübertragung und Fokussierung: Übertragung: Der Laserstrahl wird über eine optische Faser oder ein Linsensystem an den Schweißkopf übertragen, wodurch der Energieverlust minimiert wird.

Fokussierung: Das optische System fokussiert den Laserstrahl auf die Werkstückoberfläche und bildet in der Regel einen Fleck mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1 mm. Nach der Fokussierung ist die Laserenergie hoch konzentriert, die ausreichend ist, um das Material schnell zu seinem Schmelz- oder Siedepunkt zu bringen.

3. Die Wechselwirkung zwischen Laser und Materialien: Energieabsorption: Wenn der Laserstrahl die Werkstückoberfläche trifft, wird ein Teil der Lichtenergie vom Material absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt. Die Absorptionsrate hängt mit dem Materialtyp, dem Oberflächenzustand (wie Rauheit, Beschichtung) und der Laserwellenlänge zusammen.

Thermischer Effekt: Die absorbierte Energie bewirkt, dass die Oberflächentemperatur des Materials schnell ansteigt, was zu Schmelzen führen kann (ein Schmelzpool wird gebildet, wenn das Material den Schmelzpunkt erreicht, der für das Leitungsschweißen geeignet ist) und Verdampfung (wenn die Energiedichte extrem hoch ist, kann die Oberfläche des Materials verdampfen, was für das Tiefdurchschweißen geeignet ist)

4. Schmelzpoolbildung und Verfestigung: Bei Tiefdurchschweißen bildet das Schmelzmetall rund um das Schlüsselloch einen dynamischen Gleichgewichtsschmelzpool unter der Wirkung der Druckdifferenz innerhalb und außerhalb des Schlüsselloches und der Oberflächenspannung. Wenn sich der Laserstrahl bewegt, bewegt sich der geschmolzene Pool mit ihm, und die umliegenden Materialien kühlen und verfestigen schnell, um eine Schweißung zu bilden.

Vorteile des Laserschweißen

Hohe Präzision: Der Laserstrahl kann auf Mikronenebene fokussiert werden, was ihn zum Schweißen komplexer Strukturen und winziger Bauteile eignet.

Niedriger Wärmeeingang: Die hitzebedingte Zone wird minimiert, wodurch Materialdeformationen und Spannungen reduziert werden.

Effizient und flexibel: Es ermöglicht das Hochgeschwindigkeitsschweißen, so dass es für automatisierte Produktionslinien geeignet ist und das Schweißen mehrerer und unterschiedlicher Materialien unterstützt.

Kontaktlos: Kein physischer Kontakt ist erforderlich, was den Verschleiß reduziert und es für komplexe Geometrien geeignet macht.

Zusammenfassen

Laserschweißen ist ein einzigartiger Prozess. Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißmethoden hat dieser Prozess viele Vorteile und ist für viele Bereiche wie Automobil, Luft- und Raumfahrt, Medizin und neue Energie geeignet. Mit dem Fortschritt der Technologie werden die Anwendungsperspektiven des Laserschweißen noch breiter sein.