Laserstrahlschweißen: Arbeiten, wichtige Teile, 5 Vorteile

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Was ist Laserstrahlschweißen?

Laserstrahlschweißen (LBW) bezeichnet eine Schweißtechnik, mit der Metallteile oder Thermoplaste mit Hilfe eines Lasers verbunden werden. Der Laserstrahl erzeugt eine konzentrierte Wärmequelle, die bei der Bildung tiefer, schmaler Schweißnähte mit hohen Schweißraten hilft.

Das Laserstrahlschweißen wird in der Automobilindustrie üblicherweise für mehrere großvolumige Anwendungen unter Verwendung der Automatisierung verwendet. Es basiert hauptsächlich auf Penetration oder Schlüssellochschweißen.

Wie funktioniert ein Laserstrahlschweißgerät?

Das Laserstrahlschweißgerät verfügt über eine hohe Leistungsdichte in der Größenordnung von 1 MW / cm2. Infolgedessen bildet LBW kleine Wärmeeinflusszonen mit sehr hohen Kühl- und Heizraten. Die Laserpunktgröße liegt üblicherweise im Bereich von 0.2 mm bis 13 mm. Für Schweißzwecke werden im Allgemeinen kleinere Größen bevorzugt. Die Eindringtiefe beim Schweißen ist direkt proportional zur zugeführten Leistung. Die Position des Brennpunkts spielt auch eine Rolle bei der Bestimmung der Eindringtiefe: Die Durchdringung ist maximal, wenn der Brennpunkt unter der Probenoberfläche liegt.

Der verwendete Laserstrahl kann abhängig von der Anwendung des Schweißsystems kontinuierlich oder gepulst sein. Zum Schweißen dünner Materialien wie Rasierklingen wird die Verwendung von Millisekunden langen Impulsen bevorzugt. Für das Tiefenschweißen werden im Allgemeinen kontinuierliche Lasersysteme verwendet. LBW ist eine Mehrzwecktechnik, mit der Materialien wie Kohlenstoffstähle, Edelstahl, Titan, HSLA-Stähle und Aluminium geschweißt werden können. 

Lasertechnik06
Laser zum Schweißen. Bildquelle: TRUMPF GmbH + Co. KG, Lasertechnik06, CC BY-SA 3.0

Was sind die Vorteile des Laserstrahlschweißens (LBW) gegenüber dem Elektronenstrahlschweißen (EBW)?

  • Das Elektronenstrahlschweißen (EBW) erfordert zum Betrieb ein vollständiges Vakuum. Das Erzeugen eines Gesamtvakuums kann schwierig sein, daher wird das Laserstrahlschweißen (LBW) bevorzugt (das auch in der Luft funktioniert).
  • Der Laserstrahlschweißprozess (LBW) kann mit Hilfe von Robotermaschinen einfach automatisiert werden.
  • Beim Laserstrahlschweißen (LBW) können keine Röntgenstrahlen erzeugt werden.
  • Das Laserstrahlschweißen (LBW) bietet im Vergleich zum Elektronenstrahlschweißen (EBW) eine bessere Schweißqualität.

Welche Geräte werden für das Laserstrahlschweißen benötigt?

Laser (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung):

Im Allgemeinen werden für das Laserstrahlschweißen (LBW) Festkörperlaser wie Rubinlaser und Nd: YAG-Laser und Gaslaser verwendet.  

Festkörperlaser erzeugen Laserstrahlen mit Wellenlängen im Bereich von 1 Mikrometer. Nd: YAG-Laser können in zwei verschiedenen Modi arbeiten: gepulst und kontinuierlich. Nd: YAG-Laser spielen eine wichtige Rolle bei einer Reihe von Herstellungszwecken wie Ätzen, Gravieren, Verbessern der Metalloberfläche, Markieren von Metallen und Kunststoffen sowie Schweißen und Schneiden von Stahl oder Legierungen oder Halbleitern. Nd: YAG-Laser sind entscheidend für die Durchführung verschiedener Prozesse wie Ätzen, Verbessern der Metalloberfläche, Gravieren, Markieren von Metallen und Kunststoffen sowie Schneiden / Schweißen von Stahl oder Halbleitern.

Powerlite NdYAG 2
Ein Nd: YAG-Laser. Bildquelle: Kkmurray, Powerlite NdYAG, CC BY 3.0

Gaslaser beinhalten die Verwendung von Niedrigstrom- und Hochspannungsstromquellen zur Bereitstellung der erforderlichen Energie zur Anregung des Gasgemisches (Helium oder Neon oder Kohlendioxid) als Lasermedium. Kohlendioxid oder CO2 Laser sind in der Lage, kontinuierliche Hochleistungslaserstrahlen bereitzustellen. Aus diesem Grund wird es zum Schweißen und Schneiden von Materialien wie Legierungen, Metall oder Glas verwendet. Kohlendioxid oder CO2 Die Ausgangswellenlänge des Lasers hängt von der Art des im CO vorhandenen Isotops ab2 Molekül. Für die schwereren Isotope ist die Ausgangswellenlänge länger. 

Heutzutage werden Laser auf der Basis von optischen Fasern, die kontinuierliche Laserstrahlen mit hoher Leistung liefern, als wirksam für verschiedene industrielle Anwendungen wie Schweißen (insbesondere industrielles Roboterschweißen) und Schneidmaterialien wie Polymer oder Metall oder Glas angesehen. Laser auf Lichtleitfaserbasis sind vergleichsweise kompakter als Festkörper- oder Gaslaser (mit derselben Ausgangsleistung) und erzeugen einen beugungsbegrenzten Laserstrahl hoher Qualität.

Automatisierung und computergestützte Fertigung (CAM):

Das Laserstrahlschweißen wurde zunächst von Hand ohne Computereingriff durchgeführt. Heutzutage wird das Laserstrahlschweißen mit mehreren entwickelten Technologien durch Computer unterstützt. Computer Aided Manufacturing (CAM) umfasst eine programmierte Einrichtung von Lasern, die automatisch funktioniert. Dies hat die Herstellungsqualität verbessert und eine Massenanwendung zu geringeren Kosten ermöglicht.

FANUC 6-Achsen-Schweißroboter
Automatisierte Roboterarme zum Schweißen. Bildquelle: Phasmatisnox , FANUC 6-Achs-Schweißroboter, CC BY 3.0

Was ist ferngesteuertes Laserstrahlschweißen?

Traditionell folgten bei Laserstrahlschweißgeräten die Laserleistungen normalerweise mit Hilfe von Robotern der Naht. In jüngster Zeit ist das Fernstrahlschweißen jedoch populärer geworden. Bei dieser Technik bewegt sich der Laserstrahl mit Hilfe eines Laserscanners entlang der Naht. Diese Methode erfordert keinen Roboterarm, der der Naht folgt. Das Fernlaserschweißen ermöglicht ein präziseres Schweißen mit einer höheren Geschwindigkeit.

Laserstrahlschweißen
Ein Laserscanner. Der rote Pfeil zeigt die Richtung des Laserstrahls. Bildquelle: Scanlab7, Plexi-Galvohalter, CC BY-SA 3.0

Um mehr über Kohlendioxidlaser zu erfahren, die beim Laserstrahlschweißen verwendet werden, besuchen Sie https://techiescience.com/carbon-dioxide-laser/ und für Nd: YAG Laserbesuch https://techiescience.com/ndyag-laser/

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