Was ist Laserschweißen?
- Von: dong
Laserschweißen ist als fortschrittliche Blechbearbeitungstechnologie in der Fertigungsindustrie bereits etabliert. Wenn Sie sich fragen, ob Ihre individuellen Produktprojekte für die Bearbeitung mit Laserschweißen geeignet sind, bietet Ihnen dieser Artikel effektive Unterstützung zu den Prinzipien, Eigenschaften, Anwendungen, Vor- und Nachteilen, basierend auf der über zehnjährigen Erfahrung von HDC in der Metallverarbeitung.
Was ist Laserschweißen und wie funktioniert es?
Laserschweißen ist ein präzises Schweißverfahren, auch Laserstrahlschweißen (LBW) genannt. Laserschweißen unterscheidet sich von anderen Schweißverfahren durch die Verwendung eines Laserstrahls.
Durch die starke Konzentration des Laserstrahls (Durchmesser 0,1–2 mm) auf die zu verbindende Materialoberfläche erhitzt die vom Laserstrahl erzeugte hohe Temperatur die Materialien im Verbindungsbereich bis zu ihrem Schmelzpunkt und bringt sie zum Schmelzen. Die geschmolzenen Materialien verschmelzen miteinander und bilden nach dem Abkühlen und Erstarren eine starke und dauerhafte Verbindung.
Der Prozess des Laserschweißens
Vorarbeit
- Vor dem Laserschweißen reinigen wir die Materialien gründlich, da verbleibende Verunreinigungen den Schweißprozess beeinträchtigen oder zu Porosität oder Rissen in der Schweißnaht führen können.
- Da beim Laserschweißen extrem enge Montagespalte (in der Regel weniger als 10% der Materialstärke) erforderlich sind, fixieren wir die zu schweißenden Werkstücke sicher auf passenden Vorrichtungen, um sicherzustellen, dass die Schweißnaht eng anliegt und sich während der Bearbeitung nicht verschiebt.
- Wir richten das Programm und die Parameter der Laserschweißausrüstung entsprechend den Anforderungen Ihres Produktdesigns ein, wie etwa Schweißpfad, Geschwindigkeit, Leistung usw., und verwenden außerdem einen speziellen Niedrigleistungslaser, um den Laserpfad zu simulieren und sicherzustellen, dass die Parameter richtig eingestellt sind.
- Vor dem eigentlichen Schweißen positionieren wir den Schweißnahtstartpunkt präzise direkt unter dem Laserfokus und stellen den Abstand zwischen Laserkopf und Werkstück so ein, dass sich der Fokus optimal positioniert. Dies gewährleistet die passende Einschweißtiefe und -breite.
Schweißen
Nach Abschluss der oben genannten Vorbereitungen starten unsere Bediener die Laserschweißanlage und überwachen den gesamten Prozess. Bei Feststellung von Anomalien nehmen sie umgehend entsprechende Anpassungen vor.
Während des Schweißvorgangs kann das vom Material erzeugte Schmelzbad leicht chemisch mit Bestandteilen in der Luft reagieren. Daher verwenden wir kontinuierlich und stabil inerte Schutzgase (wie Argon oder Helium), um den Schweißbereich zu schützen und so Oxidation oder Nitrierung zu verhindern und Sprödigkeit oder Porosität der Schweißnaht zu vermeiden.
Nachbereitung
Nach Abschluss des Laserschweißvorgangs wird das Schutzgas noch einige Sekunden lang zugeführt, um die noch nicht erstarrte Schweißnaht bis zur vollständigen Erstarrung zu schützen. Nach dem Abkühlen des Werkstücks führen wir eine umfassende Qualitätsprüfung durch, um sicherzustellen, dass das Produkt Ihren Anforderungen voll und ganz entspricht.
Arten des Laserschweißens
Abhängig von der Laserenergiedichte und der Schweißtiefe wird das Laserschweißen im Allgemeinen in zwei Arten unterteilt: Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen.
Leitungsschweißen
Wärmeleitungsschweißen ist eines der gängigsten Laserschweißverfahren. Dabei wird ein Laser mit geringerer Leistungsdichte auf die Materialoberfläche gerichtet. Die dabei entstehende Wärme schmilzt nur das Oberflächenmetall und erzeugt ein stabiles Schweißbad mit geringer Eindringtiefe (normalerweise 1–2 mm). Aufgrund der geringen Wärmezufuhr ist die Schweißoberfläche glatt und ästhetisch ansprechend und erfordert in der Regel kein anschließendes Schleifen.
Wärmeleitungsschweißen eignet sich für Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt und geringer Dicke und wird häufig für Produkte mit hohen Anforderungen an Präzision und Aussehen verwendet, beispielsweise Kühlkörpergehäuse.
Schlüssellochschweißen (Tiefdurchdringung)
Tiefschweißen, auch als Schlüssellochschweißen bekannt, ist ein Hochleistungs-Laserschweißverfahren. Bei diesem Verfahren ist die Laserenergie sehr konzentriert und kann das Metall in kürzester Zeit schmelzen oder sogar verdampfen. Der durch die Verdampfung erzeugte Druck erzeugt ein dünnes Schlüsselloch im geschmolzenen Metall, entlang dessen der Laser tief in das Material eindringt und tiefe, schmale und hochfeste Schweißnähte erzeugt.
Das Tiefschweißen zeichnet sich durch eine hohe Schweißgeschwindigkeit und große Eindringtiefe aus und eignet sich daher für Metallmaterialien mit großer Dicke und hohen Festigkeitsanforderungen. Es wird häufig in der Automobilherstellung, der Luft- und Raumfahrt und anderen Branchen eingesetzt, in denen mittlere und dicke Platten geschweißt werden müssen, beispielsweise bei Strukturteilen der Automobilkarosserie.
Arten von Lasern, die zum Schweißen verwendet werden
Laser, die zum Schweißen verwendet werden, können je nach dem aktiven Medium, das den Laser erzeugt, in mehrere Kategorien unterteilt werden:
| Typ | Aktives Medium | Wellenlänge | Vorteile | Einschränkungen | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|---|
| Faserlaserschweißen | Mit seltenen Erden dotierte Glasfaser | ~1070 nm |
|
| Anwendbar in den meisten Bereichen, wie z. B. Automobilherstellung und Blechverarbeitung. |
| CO₂-Laserschweißen | Gemisch aus CO₂, Stickstoff, Heliumgas | ~10,6 μm |
|
| Geeignet zum Schweißen mittlerer und dicker Platten, beispielsweise im Schiffsbau, bei schweren Maschinenkonstruktionen und bei der Verarbeitung nichtmetallischer Materialien. |
| Nd: YAG-Laserschweißen | Neodym-dotierter YAG-Kristall (Yttrium-Aluminium-Granat) | 1064 nm |
|
| Geeignet für Präzisions-Mikroschweißen, das häufig in medizinischen Geräten und elektronischen Komponenten (wie Sensoren) verwendet wird. |
| Blau/Grün-Laserschweißen | Frequenzverdoppelung von Laserdioden | Blau: ~450 nm Grün: ~532 nm |
|
| Geeignet zum Schweißen von Materialien mit hoher Reflektivität, wie Batterien und Motoren von Fahrzeugen mit neuer Energie, die derzeit sehr beliebt sind. |
| Diodenlaserschweißen | Halbleiterdiode | 808-980 nm |
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| Geeignet für flache Schweißarbeiten, wie Kunststoffschweißen und Dünnblechschweißen. |
Vor- und Nachteile des Laserschweißens
Vorteile
Anwendbar auf viele Materialien
Es gibt viele Arten von Materialien, die lasergeschweißt werden können, darunter Metalle und Nichtmetalle. Darüber hinaus können beim Laserschweißen unterschiedliche Metalle problemlos verbunden werden, was beim WIG- oder MIG-Schweißen schwierig ist.
Metall
Stahl, Kohlenstoffstahl, Stahllegierungen, Edelstahl, Titan und Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen.
Nichtmetall
Glas, Keramik, Thermoplast: PC, ABS, PA, PP, PE.
Hohe Schweißeffizienz
Da die Laserenergie konzentriert ist, ist der Schweißvorgang sehr schnell, bis zu fünfmal oder mehr schneller als bei herkömmlichen Schweißverfahren. Daher kann der Einsatz von Laserschweißen den Produktionszyklus verkürzen und die Produktionseffizienz verbessern.
Kleine Wärmeeinflusszone
Die Energiedichte des Laserstrahls ist hoch, sodass nur der zu schweißende Bereich des Materials schmilzt, während das umgebende Material nur minimal durch die Wärme beeinflusst wird. Daher entstehen keine Verformungen, die die Produktqualität beeinträchtigen würden. Daher eignet sich das Verfahren sehr gut zum Schweißen von Präzisions- und sehr dünnen Teilen.
Hohes Verhältnis von Tiefe zu Breite
Bei Verwendung des Tiefdurchdringungsmodus kann das Laserschweißen in einem einzigen Durchgang durch mitteldicke Materialien schweißen und dabei effizient tiefe, schmale und hochfeste Schweißnähte bilden.
Nachteile
Hohe Anforderungen an die Vorverarbeitung
- Vor dem Laserschweißen muss die Oberfläche gründlich gereinigt werden. Eventuelle Rückstände auf der Oberfläche können zu Blasen und Rissen in der Schweißnaht führen.
- Polierte Metalloberflächen erfordern eine Oberflächenbehandlung wie Sandstrahlen, Schleifen oder Oxidieren. Wird diese Polierbehandlung nicht durchgeführt, kann es zu extrem hoher Reflektivität kommen, was die Schweißqualität und -leistung beeinträchtigt.
Eingeschränkte Handhabungskapazität für große Teile
Laserschweißen kann bei dünnen bis mitteldicken Materialien sehr effektiv sein, bei dickeren oder größeren Materialien ist es jedoch schwierig, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Hohe anfängliche Investitionskosten
Laserschweißgeräte sind teuer und erfordern ein hohes Maß an Bedienerkompetenz. Daher eignen sie sich eher für die Massenproduktion von Schweißprodukten. Bei HDC bieten wir jedoch professionelle und hochpräzise Laserschweißtechnologie.
Anwendung des Laserschweißens
Automobilindustrie
Die Automobilindustrie ist das am weitesten entwickelte und am weitesten verbreitete Anwendungsgebiet für Laserschweißen. Laserschweißen wird zum Verbinden von Fahrzeugrahmenkomponenten wie Dach, Seitenwänden und Türen eingesetzt, was nicht nur das Gewicht reduziert, sondern auch die Festigkeit und Dichtheit der Karosserie verbessert. Darüber hinaus wird die Laserschweißtechnologie auch bei Batterie- und Motorteilen von Fahrzeugen mit alternativer Energie eingesetzt, beispielsweise zum Schweißen der positiven und negativen Elektroden von Batteriezellen, zum Schweißen der Stromschienen und zum Schweißen des Batteriegehäuses.
Medizinische Geräte
Die durch Laserschweißen erzeugten Schweißnähte sind sauber und glatt und eignen sich daher hervorragend für medizinische Geräte, die hohe Sauberkeit und Präzision erfordern. Zu den gängigen Anwendungen gehören das Abdichten von Schweißnähten für Herzschrittmacher, das Schweißen von Gelenkimplantaten und das Schweißen von Präzisions-Chirurgieinstrumenten aus Edelstahl.
Blechbearbeitung
Laserschweißen erzeugt glatte Schweißnähte mit guter Abdichtung und ansprechender Optik und ist damit eines der am häufigsten eingesetzten Schweißverfahren in der Blechverarbeitung. Viele Gehäuse und Schränke werden mittels Laserschweißen hergestellt, beispielsweise Verteilerkästen, Schaltschränke, Gehäuse für Haushaltsgeräte und Küchenschränke aus Edelstahl.
Elektronik
Das Laserschweißen zeichnet sich durch eine kleine Wärmeeinflusszone und hohe Präzision aus, sodass die Laserenergie präzise auf einen winzigen Schweißbereich fokussiert werden kann. Dadurch wird effektiv verhindert, dass die beim Schweißen entstehende Hitze umliegende Komponenten beschädigt. Daher wird das Verfahren häufig bei empfindlichen und präzise strukturierten elektronischen Produkten eingesetzt, beispielsweise bei Mittelrahmen von Mobiltelefonen, beim Abdichten und Verbinden von Sensorgehäusen und beim Präzisionspunktschweißen interner Komponenten in Laptops.
Im Vergleich zum herkömmlichen Schweißen
Laserschweißen vs. MIG-Schweißen
Laserschweißen zeichnet sich durch eine extrem geringe Wärmezufuhr aus, was präzises Schweißen mit minimaler Verformung und einem ästhetisch ansprechenden Ergebnis ermöglicht. Im Gegensatz dazu werden beim MIG-Schweißen Drähte verwendet, die sowohl als Elektrode als auch als Füllmetall fungieren und eine kontinuierliche Energiezufuhr und Schmelze erfordern. Daher ist die Gesamtwärmezufuhr relativ hoch, was leicht zu Verformungen des Werkstücks führen kann. Zudem sind Glätte und Aussehen der Schweißnaht nicht so gut wie beim Laserschweißen. MIG-Schweißen bietet jedoch eine größere Prozessflexibilität und eignet sich besonders zum Schweißen dickerer Materialien.
Laserschweißen vs. Lichtbogenschweißen
Lichtbogenschweißgeräte sind einfach und leicht und können sofort nach dem Einschalten verwendet werden. Daher eignen sie sich hervorragend für Arbeiten im Freien. Lichtbogenschweißen erfordert jedoch höhere technische Fähigkeiten der Bediener, sodass Schweißqualität und -ergebnisse variieren können. Laserschweißen hingegen zeichnet sich durch einen hohen Automatisierungsgrad und eine steuerbare Präzision aus und bietet im Vergleich zum Lichtbogenschweißen größere Vorteile hinsichtlich Schweißqualität und Effizienz.
Laserschweißen vs. WIG-Schweißen
Beim WIG-Schweißen wird ein Wolframstab mit extrem hohem Schmelzpunkt und ohne Verbrauchsmaterial als Elektrode verwendet und die Schweißnaht mit einem separaten Fülldraht gefüllt. Dadurch entstehen saubere, schöne und hochwertige Schweißnähte. Allerdings ist die Schweißgeschwindigkeit sehr niedrig und die Schweißkenntnisse des Schweißers extrem hoch, was das Verfahren weniger effizient und kostengünstig als das Laserschweißen macht. Für schwer schweißbare dünne Bleche oder das Verbinden unterschiedlicher Metalle ist das WIG-Schweißen jedoch ein ausgereifteres und zuverlässigeres Verfahren.
Fazit
Wenn Ihre Produkte hohe Anforderungen an Präzision und Ästhetik stellen und in Massenproduktion hergestellt werden müssen, ist Laserschweißen die ideale Wahl – sei es beim Schweißen kleiner Verformungen in dünnen Materialien oder beim Tiefschweißen von mitteldicken und dicken Blechen. Laserschweißen ist eine Standardverarbeitungstechnik bei HDC. Wir bieten Ihnen erfahrenen technischen Support und äußerst kostengünstige kundenspezifische Dienstleistungen. Kontaktieren Sie uns gerne. Wir bieten Ihnen umgehend maßgeschneiderte Blechverarbeitungsdienstleistungen, einschließlich Laserschweißen.
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