1. Laserschweißtechnologie：
Laserschweißen ist ein wichtiger Aspekt der Anwendung der Laserbearbeitungstechnologie. Laserschweißen ist ein Verfahren, bei dem die Strahlungsenergie des Lasers für effektives Schweißen genutzt wird. Das Funktionsprinzip des Laserschweißens besteht darin, das laseraktive Medium (z. B. ein Gemisch aus CO2 und anderen Gasen, YAG-Yttrium-Aluminium-Granat-Kristalle usw.) gezielt anzuregen, sodass es im Resonator hin und her schwingt und so einen angeregten Strahl bildet. Wenn der Strahl mit dem Werkstück in Kontakt kommt, wird seine Energie vom Werkstück absorbiert. Sobald die Temperatur den Schmelzpunkt des Materials erreicht, kann geschweißt werden.
2. Wichtige Parameter vonLaserschweißtechnologie：
2.1 Leistungsdichte:
Die Leistungsdichte ist einer der wichtigsten Parameter bei der Laserbearbeitung. Bei höherer Leistungsdichte kann die Oberflächenschicht innerhalb von Mikrosekunden auf den Siedepunkt erhitzt werden, was zu einer starken Verdampfung führt. Daher ist eine hohe Leistungsdichte besonders vorteilhaft für Materialabtragsprozesse wie Stanzen, Schneiden und Gravieren. Bei niedrigeren Leistungsdichten dauert es einige Millisekunden, bis die Oberflächentemperatur den Siedepunkt erreicht. Bevor die Oberfläche verdampft, erreicht die untere Schicht den Schmelzpunkt, wodurch sich leicht eine gute Schmelzschweißung bilden kann.
2.2 Laserpulswellenform:
Trifft ein hochintensiver Laserstrahl auf die Oberfläche eines Materials, werden 60 bis 98 % der Laserenergie reflektiert und gehen verloren. Insbesondere Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Titan und andere Materialien weisen eine starke Reflexion und eine schnelle Wärmeübertragung auf. Während eines Laserpulssignals verändert sich der Reflexionsgrad des Metalls mit der Zeit. Steigt die Oberflächentemperatur des Materials bis zum Schmelzpunkt, nimmt der Reflexionsgrad rapide ab. Befindet sich die Oberfläche im geschmolzenen Zustand, bleibt die Reflexion bei einem bestimmten Wert stabil.
2.3 Laserpulsbreite:
Die Pulsbreite ist ein wichtiger Parameter beim gepulsten Laserschweißen. Sie wird durch die Schmelztiefe und die Wärmeeinflusszone bestimmt. Je länger die Pulsbreite, desto größer die Wärmeeinflusszone. Die Schmelztiefe steigt mit der halben Pulsbreite. Eine Erhöhung der Pulsbreite reduziert jedoch die Spitzenleistung. Daher wird eine Erhöhung der Pulsbreite üblicherweise beim Wärmeleitungsschweißen verwendet. Die entstehende Schweißnaht ist breit und flach und eignet sich besonders zum Überlappschweißen von dünnen und dicken Blechen.
Eine geringere Spitzenleistung führt jedoch zu einer übermäßigen Wärmezufuhr und jedes Material hat eine optimale Impulsbreite, die die Schmelztiefe maximieren kann.
2.4 Defokussierungsgrad:
Beim Laserschweißen ist in der Regel eine gewisse Defokussierung erforderlich, da die Leistungsdichte im Zentrum des Laserfokus zu hoch ist und leicht zu Löchern verdampfen kann. Auf jeder Ebene, die den Laserfokus verlässt, ist die Leistungsdichteverteilung relativ gleichmäßig.
2.5 Es gibt zwei Möglichkeiten zur Defokussierung:
Positive und negative Defokussierung. Bei positiver Defokussierung befindet sich die Fokusebene oberhalb des Werkstücks, bei negativer Defokussierung umgekehrt. Gemäß der Theorie der geometrischen Optik ist die Leistungsdichte auf der entsprechenden Ebene bei gleichem Abstand zwischen der positiven und negativen Defokussierungsebene und der Schweißebene ungefähr gleich, die tatsächliche Form des erhaltenen Bades ist jedoch etwas anders. Bei negativer Defokussierung kann eine größere Schmelztiefe erreicht werden, was mit dem Entstehungsprozess des Bades zusammenhängt.
2.6 Schweißgeschwindigkeit:
Die Schweißgeschwindigkeit hat einen größeren Einfluss auf die Schmelztiefe. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit führt zu einer geringeren Schmelztiefe. Ist die Geschwindigkeit jedoch zu niedrig, schmilzt das Material übermäßig und das Werkstück wird durchgeschweißt. Daher gibt es für bestimmte Materialien mit einer bestimmten Laserleistung und einer bestimmten Dicke einen geeigneten Schweißgeschwindigkeitsbereich, und die maximale Schmelztiefe kann bei der entsprechenden Geschwindigkeit erreicht werden.
2.7 Schutzgas:
Beim Laserschweißen werden häufig Inertgase zum Schutz des Schweißbades eingesetzt, während in den meisten Anwendungen Helium, Argon, Stickstoff und andere Gase zum Schutz verwendet werden. Die zweite Aufgabe des Schutzgases besteht darin, die Fokussierlinse vor Metalldampfverschmutzung und Spritzern von Flüssigkeitströpfchen zu schützen. Beim Hochleistungs-Laserschweißen ist der Ausstoß sehr stark, und es ist besonders wichtig, die Linse zu schützen. Die dritte Wirkung des Schutzgases besteht darin, dass es die beim Hochleistungs-Laserschweißen erzeugte Plasmaabschirmung effektiv zerstreuen kann. Metalldampf absorbiert den Laserstrahl und ionisiert ihn zu Plasma. Bei zu viel Plasma wird der Laserstrahl teilweise vom Plasma absorbiert.
3.Die einzigartige Wirkung der Laserschweißtechnologie:
Im Vergleich zur herkömmlichen Schweißtechnologie hat es vier einzigartige Effekte:
3.1 Schweißreinigungseffekt:
Wenn der Laserstrahl auf die Schweißnaht trifft, ist die Absorptionsrate von Verunreinigungen wie Oxiden im Material für den Laser viel höher als die des Metalls für den Laser. Daher werden die Verunreinigungen wie Oxide in der Schweißnaht schnell erhitzt und verdampfen, wodurch der Gehalt an Verunreinigungen in der Schweißnaht stark reduziert wird. Daher verunreinigt das Laserschweißen nicht nur das Werkstück nicht, sondern kann das Material auch reinigen.
3.2 Lichtstoß-Aufpralleffekt:
Bei sehr hoher Laserleistungsdichte verdampft das Metall in der Schweißnaht und verdampft unter der Bestrahlung eines starken Laserstrahls stark. Unter der Einwirkung von Metalldampf unter hohem Druck erzeugt die Metallschmelze im Bad einen explosiven Spritzer, dessen starke Stoßwelle sich in Richtung der Lochtiefe ausbreitet und ein längliches, tiefes Loch bildet. Während des kontinuierlichen Laserschweißprozesses füllt das umgebende geschmolzene Metall kontinuierlich die Löcher und kondensiert zu einer festen, tiefschmelzenden Schweißnaht.
3.3 Der kleine Locheffekt beim Tiefschmelzschweißen:
Bei der Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einer Leistungsdichte von bis zu 107 W/cm2 ist die Energiezufuhr zum Schweißgut deutlich größer als die Wärmeleitung, Konvektion und Strahlungsverluste. Dadurch verdampft das Metall im Laserbestrahlungsbereich schnell und bildet unter dem Einfluss des Hochdruckdampfes kleine Löcher im Bad. Diese Löcher ähneln den schwarzen Löchern in der Astronomie und können die gesamte Lichtenergie absorbieren. Der Laserstrahl durchdringt diese Löcher und trifft direkt auf den Boden. Die Tiefe der Löcher bestimmt die Schmelztiefe.
3.4 Die fokussierende Wirkung der Seitenwände der Löcher im Bad auf den Laser:
Beim Formen von Löchern im Bad unter Laserbestrahlung ist der Einfallswinkel des auf die Seitenwand des Lochs treffenden Laserstrahls üblicherweise groß, sodass der einfallende Laserstrahl an der Seitenwand des Lochs reflektiert und zum Boden des Lochs übertragen wird. Dies führt zu einer Überlagerung der Strahlenergie im Loch, wodurch die Intensität des Strahls im Loch effektiv erhöht werden kann. Dieses Phänomen wird als Fokussierungseffekt der Seitenwand des Lochs bezeichnet. Der Grund, warum Laser zum Schweißen verwendet werden können, basiert auf den Ergebnissen der oben genannten Effekte.
4. Vorteile vonLaserschweißtechnologie：
Durch die einzigartige Wirkung des Laserschweißens ergeben sich folgende Vorteile:
4.1 Die Laserbestrahlungszeit ist kurz und der Schweißvorgang extrem schnell. Dies trägt nicht nur zur Produktivitätssteigerung bei, sondern verhindert auch, dass das geschweißte Material leicht oxidiert, die Wärmeeinflusszone klein ist und sich das Verfahren zum Schweißen von Transistorkomponenten mit hoher Wärmeempfindlichkeit eignet. Beim Laserschweißen entsteht weder Schweißschlacke noch muss die Oxidschicht des Werkstücks entfernt werden. Es kann sogar durch Glas geschweißt werden, was sich besonders zum Schweißen von Miniatur-Präzisionsinstrumenten eignet.
4.2 Laser können nicht nur gleiche, sondern auch unterschiedliche Metalle und sogar metallische und nichtmetallische Werkstoffe schweißen. Beispielsweise ist es bei integrierten Schaltkreisen mit Keramik als Substrat aufgrund des hohen Schmelzpunkts von Keramik und der ungeeigneten Druckanwendung schwierig, andere Schweißverfahren anzuwenden. Laserschweißen ist jedoch bequemer. Natürlich können mit Laserschweißen nicht alle unterschiedlichen Materialien geschweißt werden.
Anwendungsszenarien und Branchen des Laserschweißens: 1. Wärmeleitungsschweißen wird hauptsächlich in der Präzisionsbearbeitung verwendet, beispielsweise bei Metallfolien, Kantenbearbeitung und in der Medizintechnik. 2. Tiefschmelzschweißen und Hartlöten werden hauptsächlich in der Automobilindustrie eingesetzt, wobei Tiefschmelzschweißen für Karosserien, Getriebe, Gehäuse usw. verwendet wird. Hartlöten wird hauptsächlich zum Schweißen von Karosserien verwendet. 3. Laserleitungsschweißen kann Nichtmetalle verarbeiten und hat ein breites Anwendungsspektrum. Es kann in der Konsumgüterindustrie, der Automobilindustrie, bei elektronischen Gehäusen und in der Medizintechnik usw. eingesetzt werden. 4. Verbundschweißen eignet sich hauptsächlich für spezielle Stahlkonstruktionen wie Schiffsdecks.