WikiDer > Laserschweißen

Medien abspielen

Ein Schweißroboter schweißt mit einem Laserstrahl, der über ein Glasfaserbündel zugeführt wird.

Laserschweißen ist ein Schweißtechnik wo eine Verbindung durch Verschmelzen von Materialien durch Erhitzen mit a . hergestellt wird kohärenter Lichtstrahl.

Eigenschaften

Diese Schweißtechnik gehört zur Kategorie 'Bündelschweißen', bei dem die Energie zum Schweißen dem Werkstück mittels eines sehr leistungsstarken Infrarot Laserstrahl Mit dieser Technik können viele Metall zusammengeschweißt werden, wie z Stahl, rostfreier Stahl, Aluminium und Kupfer. Da es sich um ein nicht-elektrisches Verfahren handelt, kann die Technik auch zum Schweißen von nicht-leitfähig Materialien wie Kunststoffe und Glas.

Der Unterschied zu Elektronenstrahlschweißen, ein weiteres Strahlschweißverfahren, ist das Laserschweißen Nr Vakuum wird gebraucht. Nachteilig ist der deutlich geringere Wirkungsgrad, unter anderem durch Verluste durch Reflexion.

Prozess

Der Laserstrahl wird in einer Laserquelle erzeugt, wo er durch ein Glasfaserkabel oder ein System von Spiegeln oder Prismen zum Roboter oder CNCMaschine geführt wird. Dort kommt es in einer (wassergekühlten) Optik daher, mit der der Programmierer Mittelpunkt des Radius, abhängig vom zu bearbeitenden Teil.

Mit optimaler Fokussierung und der daraus resultierenden maximalen Penetration, Penetration Streifenschweißen (Ersatz von Punktschweißen) gemacht.

Für ein 2 mm dickes Stahlblech mit einem 6kWKohlendioxidlaser die Schweißgeschwindigkeit kann bis zu etwa 5 Meter pro Minute erreichen. Beim Laserschweißen - wenn es sich um Blechmaterial handelt - entsteht ein Loch, das sich mit dem Laser mitbewegt und sich hinter dem Punkt kontinuierlich schließt. Dieses Schweißverfahren heißt 'Schlüssellochschweißen' erwähnt.

Industrielaser haben in der Regel eine Ausgangsleistung - in Form von Infrarotlicht - die zwischen 0,4 und 10 . liegt Kilowatt. Diese Leistung wird über Optiken (Linsen oder Spiegel) auf einen Laserspot von etwa einem halben Millimeter Durchmesser fokussiert. Die Energiedichte ist so hoch, dass dieses Verfahren ideal geeignet ist, um große Eindringtiefen bei gleichzeitig sehr hohen Verfahrgeschwindigkeiten zu erreichen. Der Wärmeeintrag ist dennoch so gering, dass ein Produkt fast sofort erfasst werden kann.

Die am häufigsten verwendeten Laser sind CO₂Laser, bei denen das „Lasermedium“ aus einer Mischung von Gasen besteht, darunter CO₂. Die Wellenlänge beträgt 10,6µm: MittelInfrarot.

Ein weiterer weit verbreiteter Laser ist der Nd:YAG-Laser, ein Laser auf Basis eines Yttrium-Aluminium-Granat-Kristalls. Der Kristall kann mit verschiedenen chemischen Elementen gemischt werden gedopt be: Die Laser sind nach dem verwendeten Element benannt. Doping bedeutet, dass typischerweise 1 % der Yttrium Atome werden durch ein anderes Atom ersetzt, z.B. Neodym. Die Wellenlänge ist 1064 nm: in der Nähe von Infrarot. Der Vorteil des Nd:YAG-Lasers liegt in seiner Flexibilität, da der Laserstrahl durch eine Glasfaser geführt und somit einfach auf einem Roboter platziert werden kann. Ein Taco₂Laser muss er durch ein Düsensystem laufen, wobei jede Ablenkung des Strahls durch einen wassergekühlten Kupferspiegel erreicht wird. Pro kW ist ein CO₂Laser ist jedoch billiger und die verfügbaren maximalen Leistungen sind auch höher.

Anwendungen

Es handelt sich um ein Schweißverfahren, das hauptsächlich in der Automobilindustrie eingesetzt wird, aber auch beispielsweise zur Herstellung von Rohren verwendet wird. Neben dem Nahtschweißen ist das Laserpunktschweißen in der Industrie üblich, beispielsweise bei der Herstellung von Federn, Bimetallen, Transformatoren, Spulenkernen, Halbleitern. Dies geschieht fast ausschließlich mit Nd:YAG-Lasern, meist über Faseroptik.

das CO₂Laser wird am häufigsten zum Schweißen oder Schneiden von Stahl verwendet. Der Nd:YAG-Laser kann sowohl für Stahl als auch für Aluminium verwendet werden.

Die neueste Entwicklung auf dem Gebiet der Laser sind sogenannte Scheibenlaser, bei denen das Lasermedium in Form einer Scheibe hergestellt wird, damit es durch Erwärmung weniger beeinträchtigt wird. Eine weitere Entwicklung ist der „Faserlaser“, der durch die Reihenschaltung einzelner Geräte theoretisch eine beliebig hohe Leistung erreichen kann. Außerdem ist in diesem Fall die Strahlqualität höher und das Gehäuse kleiner.

Vor-und Nachteile

Leistungen

• Die Technik ist ideal für die Arbeit mit Schweißroboter.
• Trotz der hohen Energiedichte kann mit relativ geringem Wärmeeintrag geschweißt werden. Dies liegt daran, dass die Schweißnaht sehr schmal ist und aufgrund der hohen Energiedichte sehr schnell geschweißt wird.
• Aufgrund des geringen und sehr kurzzeitigen Wärmeeintrags ist die Wärmeeinflusszone sehr klein und auch viel weniger Spannung im Werkstück, so dass nach dem Schweißen wenig Verformung auftritt.
• Das Laserschweißen ermöglicht es, mit sehr dünnem Blechmaterial zu arbeiten.
• Schneiden und Schweißen können auch mit demselben Laser kombiniert werden.
• Auch das Schweißen von Nichtmetallen ist möglich.

Nachteile

• Eine Laserschweißmaschine ist teuer.
• Aufgrund der verwendeten Strahlung, die zu einem großen Teil (80-90 %) an der zu schweißenden Oberfläche reflektiert wird, sind geeignete Maßnahmen zur Vermeidung von Verletzungen (Augen und Verbrennungen) erforderlich.

Forschung

Viel Forschung zum Laserschweißen wird betrieben bei Tata-Stahl Forschung, Entwicklung und Technologie in IJmuiden (ehemals Corus / Hoogovens), dem LAC (Laser Application Center in Enschede) und an den Universitäten von Twente und Delft.

Externer Link

• Beschreibung des Prozesses

Siehe auch

• Schweißen
• Bündelschweißen
• Nd:YAG-Laser