Was ist Laserschweißen? Was ist die derzeitige Entwicklung der Laserschweißtechnologie? In welchen Feldern kann Laserschweißtechnologie angewendet werden?
1. Was ist Laserschweißen?
Kurz gesagt, das Laserschweißen soll die Oberfläche des Werkstücks mit Laserstrahlung erhitzen, und die Oberflächenwärme diffundiert durch Wärmeleitung in die Innenseite. Durch die Kontrolle der Breite, Energie, Spitzenleistung und Wiederholungsfrequenz des Laserimpulses wird das Werkstück so geschmolzen, einen spezifischen geschmolzenen Pool zu bilden, wodurch Schweißen erreicht wird.
Das Laserschweißen kann die Eingangswärme auf die minimale erforderliche Menge reduzieren, der metallographische Änderungsbereich der wärmegeräten Zone ist gering und die durch Wärme leitende Verformung ist ebenfalls minimal.
Das Schweißen von Nichtkontakten kann den Verschleiß und die Verformung der Maschine auf ein Minimum reduzieren. Der Laserstrahl ist leicht zu fokussieren, durch optische Instrumente auszurichten und zu leiten. Es kann in einem angemessenen Abstand vom Werkstück platziert werden und zwischen den Maschinen oder Hindernissen rund um das Werkstück geführt werden.
Der Laserstrahl kann auf einen sehr kleinen Bereich ausgerichtet sein, kleine und eng verteilte Teile schweißen, eine breite Palette von Materialien schweißen und auch verschiedene heterogene Materialien verbinden.
Es ist einfach, Hochgeschwindigkeitsschweißen mit Automatisierung durchzuführen und kann auch digital oder über Computer gesteuert werden. Beim Schweißen dünner Materialien oder Dünnmesserdrähte gibt es keine Probleme wie das Remeln.
2. Wie lautet der aktuelle Status der Laserschweißtechnologie?
Die Laserschweißtechnologie hat sich zusammen mit der Entwicklung der Lasertechnologie entwickelt. In den letzten Jahren wurden neue Lichtquellen wie Blue Laser, Green Laser, Femtosekundenlaser, Swing -Schweißen, ARM (einstellbarer Ringmode) einstellbares Spot -Schweißen und andere neue Prozesse eingeführt, die innovativ einige Probleme mit der Industrieproduktion in der Industrieproduktion innovativ und entwickelt haben, in denen das Laserschweißen schnell und entwickelt wurde.
(1) Metalllaserschweißtechnologie
Die hohe Energiedichte von Laser ermöglicht es, einige schwer zu schweißende Metallmaterialien zu schweißen, aber es gibt immer noch einige Probleme mit dem Schweißen von hochdarlen Materialien und unterschiedlichen Metallmaterialien wie Gold, Silber, Kupfer und Aluminium. Die Hauptgründe sind:
①Höhe Reflexionsvermögen und hohe thermische Leitfähigkeit, Laserschweißen erfordert eine höhere Startleistung.
②Dures Hochleistungs-Laserschweißen ist empfindlich gegenüber Änderungen im Oberflächenzustand des Materials, was zu einer schlechten Lötverbindung/Schweißnaht-Bildung führt.
③ Die Laserschweißgeschwindigkeit ist schnell, was zu Schweißfehlern wie Poren im Schweißnaht, insbesondere Aluminium- und Aluminiumlegierungen, führt.
(1.1) Effizientes Laserschweißen von Kupfer- und Kupferlegierungen
Kupfer verfügt über eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit und wird in den Fertigungsfeldern von elektronischen Produkten und Elektrofahrzeugen häufig eingesetzt. Unter ihnen sind Motoren, Batterien, Sensoren, Kabelbäume und Klemmen am weitesten verbreitet.
In der Vergangenheit stützte sich das Laserschweißen von Metallmaterialien hauptsächlich auf Infrarotlaser. Die thermische Leitfähigkeit von Kupfer ist jedoch zu hoch, fast das Fünffache von reinem Eisen und das 1,7 -fache des reinen Aluminiums. Kupfer hat eine niedrige Absorptionsrate für Infrarotlaser. Die Verwendung von Infrarotlasern für lineares Schweißen allein weist ein instabiles Prozessfenster und die größte Schwankung der Schmelztiefe auf, die anfällig für Probleme wie Schweißen, geschmolzenes Metallspritzen, Poren und große Schwankungen der Penetrationstiefe ist.
Daher sind sich das sichtbare Lichtschweißen und das Hybridschweißen nach dem Auftreten von Hochleistungslasern mit hoher Leistung zu idealen Verarbeitungsmethoden für hochreflektierende Materialien wie Kupfer- und Kupferlegierungen entwickelt.
①grünes Lichtlaserschweißen
Green Laser ist eine Art sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 500-560 nm. Die Absorptionsrate von Kupfer für grünes Licht mit einer Wellenlänge von λ=515 nm beträgt bis zu 40%, was etwa 8fache der Infrarotlichtabsorptionsrate von etwa 1 & mgr; m ist, und die Energiekopplungseffizienz ist höher. Die Empfindlichkeit gegenüber dem Oxidationsgrad ist ebenfalls verringert.
Die Verwendung von grünem Laser kann die Schwellenleistung von Kupfer -Tiefen -Penetrationsschweißen, die Menge an Schmelzspray und Spritzer auf der Schweißoberfläche erheblich reduzieren und von der Schweißgeschwindigkeit nahezu nicht beeinflusst. Wenn der Strahlscanning, der Strahldefokus und die korrekte Laserleistung erhöht sind, kann die Schweißqualität erheblich verbessert werden. Während die Anzahl der Schweißfehler stark reduziert ist, ist die Schweißfläche regelmäßiger und gleichmäßiger.
②blaues Lichtlaserschweißen
Je kürzer die Wellenlänge ist, desto höher ist die Photonenenergie, was dazu beiträgt, die Absorptionsrate des Materials von Laserlicht zu erhöhen. Die Wellenlänge des blauen Lasers beträgt 400 nm ~ 500n. Der auf Galliumnitridmaterial basierende Halbleiterlaser kann direkt Laser mit einer Wellenlänge von 450 nm erzeugen, ohne dass eine weitere Frequenzverdopplung ist. Es hat die Vorteile einfacher Struktur, einfacher Verwendung, elektrooptischer Umwandlungseffizienz und hoher Absorptionsrate.
Im Vergleich zu Faserlasern, die üblicherweise in der industriellen Verarbeitung verwendet werden, haben blaue Lichtlaser eine {{0}}% Erhöhung der Absorptionsrate von Metallmaterialien bei 450 nm, insbesondere der Zunahme der Absorptionsrate von stark reflektierenden Metallmaterialien wie Kupfer und Gold. Es wurde überprüft, dass der für das Kupferschweißen erforderliche Energieverbrauch 84% niedriger ist als der von Infrarotlasern. Dies bedeutet, dass wenn ein Infrarotlaser 10 W Laserleistung benötigt, um Kupfermaterialien zu schweißen, und die Verwendung eines blauen Lasers nur etwa 1 kW oder 0,5 kW Strom benötigt.
③ouble Strahlhybridschweißen
Unter Verwendung des Infrarot-sichtbar-Licht-Doppelstrahl-Verbundschweißprozesses kann der Infrarotlaser mit einem kugelförmigen Laser mit kleinerem Strom eine Kupferschweißung von Deep-Tiefwanderung erzielen, wenn die Leistung niedriger ist als die Tiefkinderscheibenschwellenleistung und die Gerätekosten erheblich reduzieren, und die Ausrüstungskosten sind niedrig. Die Schweißqualität ist hoch und es wird angenommen, dass sie sehr herausragende Vorteile und gute Bewerbungsaussichten haben.
(1.2) Laserschwungschweißen von Aluminiumlegierungen
Wenn herkömmliche Einzelfokuslaserstrahlen zum Schweißen von Aluminiumlegierungen verwendet werden, sind Poren häufige Defekte. Die Hauptgründe für die Bildung von Poren in Aluminiumlegierungen sind:
① Der schweißmolzene Pool und das Schlüsselloch sind aufgrund schwerer Vibrationen und bildenden Poren zum Zusammenbruch und zur Instabilität;
② Die Löslichkeit von Wasserstoff in Aluminiumlegierungen sinkt stark mit der Temperaturabnahme, was zur Ausfällung von überschersersättigten Wasserstoff während der Verfestigung und zur Bildung von Wasserstoffporen führt. Das Vorhandensein von Poren führt zu einer Spannungskonzentration in der Schweißnaht, wodurch die Schweißnaht während der Verfestigung knackt wird.
Laser -Swing -Schweißen. Während des Schweißverfahrens bewegt sich der Strahl entlang der Richtung der Schweißnaht und schwingt in verschiedenen Formen wie z. B. kreisförmiger, 8- geformt und spiralförmige Linien gleichzeitig.
Gegenwärtig wird die Realisierung von Strahlschwung hauptsächlich durch ein Galvanometer erreicht, das Hochleistungslasern standhalten kann. Der Strahlwirkungsbereich des Laser -Swing -Schweißens wird erhöht, wodurch die Fläche des Schlüssellochs und des geschmolzenen Pools und die Größe der Wurzel des geschmolzenen Pools die Stabilität des Schlüssellochs und des geschmolzenen Pools verbessert und einen signifikanten Verbesserungseffekt auf Defekte wie schlechte Verschmelzung und Unterschnitt hat. Gleichzeitig beschleunigt das Rühren des geschmolzenen Pools durch den schwingenden Lichtstrahl die Konvektion des geschmolzenen Pools, wodurch die Fluchtgeschwindigkeit von Blasen im geschmolzenen Pool erhöht und die Porosität verringert wird.
3. Aktuelle Anwendung der Laserschweißtechnologie in verschiedenen Bereichen
Das Laserschweißen ist spätestens als das Schneiden. Gegenwärtig gibt es Unternehmen in meinem Land, die sich auf Laserschweißen spezialisiert haben. In den frühen Tagen waren Laser-Laser- und YAG-Laserschweißen die Hauptmethoden. Sie sind alle ein sehr traditionelles Laserschweißen mit geringer Leistung, das in Formen, Werbefiguren, Brille, Schmuck und anderen Feldern angewendet wurde, aber die Skala ist sehr begrenzt. In den letzten Jahren haben Halbleiterlaser und Faserlaser mit der kontinuierlichen Verbesserung der Laserleistung nach und nach die Szenarien für Laserschweißanwendungen entwickelt, was den technischen Engpass des Laserschweißens gebrochen und neue Marktflächen eröffnet.
(1) Anwendung der Laserschweißtechnologie in der Automobilherstellung
Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie und der Verbesserung des Verbrauchsniveaus und der Lebensqualität der Menschen werden die Anforderungen an leichte und künstlerische Ästhetik von Automobilkörpern im Bereich der Automobilproduktion immer höher. Die Laserschweißtechnologie stammt aufgrund ihres hervorragenden Verarbeitungseffekts, der guten Produktqualität und ihrer hohen Arbeitseffizienz und wird schnell zum Liebling der Anwendung der Schweißprozess -Technologie im Bereich Automobile Production.
In der Fahrzeugproduktion wird die Laserschweißtechnologie hauptsächlich in Prozessen wie Laserschweißen von dicken Stahlplatten, Laserschweißen von Automobilbaugruppen und Subsystembaugruppen und Laserschweißen von Fahrzeugteilen eingesetzt. Die Autohersteller in einigen europäischen und amerikanischen Ländern begannen, ab den 1980er Jahren relativ früh die Laserschweißtechnologie anzuwenden. Audi, Mercedes-Benz, GM und andere bekannte Automobilmarken begannen zu dieser Zeit mit der Einführung von Laserschweißtechnologie, die die eingehende Anwendung und Entwicklung der Laserschweißtechnologie im Bereich der Fahrzeugproduktion und -herstellung förderten.
Das Laserschweißen von Strombatterien sollte in den letzten Jahren die auffälligste Nachfrage nach Schweißanwendungen sein, was einen großen Anstoß für Lasergerätehersteller hat. Die zweite sollte das Schweißen von Körpern und Teilen sein. China ist der weltweit größte Automobilmarkt, in dem viele alte Autounternehmen und neue Automobilunternehmen kontinuierlich mit fast 100 Automobilmarken auftauchen. Die meisten Hersteller verwenden Schweißtechnologie auf Kilowatt-Ebene oder automatisierte Laserschweißproduktionslinien. Insbesondere auf dem Gebiet der Strombatterien haben die führenden neuen Energiebatterienunternehmen eine große Anzahl von Laserschweißgeräten verwendet.
4. Was ist der Entwicklungstrend der Laserschweißtechnologie?
Mit der weiteren Entwicklung und dem Durchbruch der Schweißtechnologie zeigt sich die Einzigartigkeit im Forschungs- und Entwicklungsprozess der Laserschweißtechnologie. Die Laserschweißtechnologie kann Metallmaterialien schnell und effizient schweißen. Wenn der Laserstrahl erzeugt wird, kann er aufgrund seiner eigenen hohen Fokussierungseigenschaften eine extrem hohe Leistungsdichte im Laserstrahl verursachen, was es dem Laserstrahl ermöglicht, eine große Menge an Wärmeenergie in kürzester Zeit freizusetzen, wodurch die Schweißwirkungsgrad stark verbessert und die Schweißqualität sichergestellt wird.
Aufgrund des sofortigen Schweißvorteils der Laserschweißtechnologie verfügt es außerdem über eine sehr breite Anwendungsaussicht. Bei der tatsächlichen Anwendung der Laserschweißtechnologie beeinflusst der Laserstrahl die Oberfläche des Metallmaterials direkt auf das Metallmaterial außerhalb des Bestrahlungsbereichs, sodass die Oberfläche des Metallmaterials während des Schweißverfahrens keine erhebliche Schädigung der Oberfläche des Metallmaterials verursacht. Dies macht die Laserschweißtechnologie besonders geeignet, um die Oberflächen verschiedener Präzisionsteile zu verarbeiten, sodass auch schwierigere Schweißvorgänge schnell erreicht werden können.
Darüber hinaus wird in den vorherigen technischen Schweißspezifikationen normalerweise festgelegt, dass die materiellen Anforderungen für alle Schweißmaterialien konsistent sein müssen. Mit der Verwendung der Laserschweißtechnologie müssen das Material der Schweißmaterialien nicht große Beschränkungen aufweisen, sodass selbst Schweißmaterialien verschiedener Materialien mithilfe der Laserschweißtechnologie leicht geschweißt werden können. Es kann gesagt werden, dass die Bildung und die weit verbreitete Anwendung der Laserschweißtechnologie die Probleme in der herkömmlichen Schweißtechnologie effektiv überwunden und die Schwierigkeit des herkömmlichen Schweißbetriebs verringert haben.
Nach mehr als einem halben Jahrhundert der Entwicklung ist auch das technische Niveau der Laserschweißtechnologie immer perfekter geworden und wurde in immer mehr Industriefeldern allmählich weit verbreitet.
In den Anwendungsfeldern von Aerospace, elektronischen Instrumenten, Maschinenherstellung, Stahlmetallurgie, Automobilherstellung, medizinischen Geräten und anderen Branchen spielt die Laserschweißtechnologie eine immer größere Rolle. Beispielsweise kann bei der Herstellung von Automobilteilen die Laserschweißtechnologie verwendet werden, um die Deckteile des Fahrzeugs zu verarbeiten und zu produzieren, und fortschrittliche Länder wie die USA und Japan haben ebenfalls Laserschweißtechnologie auf die Produktion von Luftfahrtteilen in einer reinen Stickstoffumgebung angewendet.