Handgeführtes Laserschweißen soll den traditionellen Schweißmarkt ersetzen

LaserschweißenDas Laserschweißen ist ein wichtiger Aspekt der Materialbearbeitungstechnologie. Es wird hauptsächlich zum Schweißen dünnwandiger Werkstoffe und für Niedriggeschwindigkeitsschweißungen eingesetzt. Der Schweißprozess ist ein Wärmeleitungsverfahren: Die Laserstrahlung erhitzt die Werkstückoberfläche, und die Oberflächenwärme diffundiert durch Wärmeleitung ins Innere. Durch die Steuerung von Parametern wie Pulsbreite, Energie, Spitzenleistung und Wiederholfrequenz des Laserpulses schmilzt das Werkstück und bildet ein spezifisches Schmelzbad. Das Laserschweißen findet breite Anwendung im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Pulvermetallurgie, der biomedizinischen Mikroelektronik und weiteren Bereichen.

 

Mit dem explosionsartigen Wachstum von Elektrofahrzeugen hat die Expansion der Antriebsbatterieproduktion das Wachstum des Laserschweißens vorangetrieben. Seit der zweiten Jahreshälfte 2018 erfreut sich das handgeführte Laserschweißen zunehmender Beliebtheit und hat sich in der ersten Jahreshälfte dieses Jahres zu einem wichtigen Wachstumstreiber auf dem Laserschweißmarkt entwickelt. Angesichts des aktuellen technischen Niveaus und der vielfältigen AnwendungsszenarienHandlaserschweißenEs ist sehr wahrscheinlich, dass es den Markt für herkömmliche WIG-Schweißgeräte (Argon-Lichtbogenschweißen) ersetzen wird.

In den letzten JahrenFaserlaserhaben große Fortschritte gemacht, und zu ihren Hauptvorteilen zählen: hohe photoelektrische Umwandlungsrate, schnelle Wärmeableitung, gute Flexibilität, starke Störfestigkeit, niedrige Kosten, lange Lebensdauer, Justierfreiheit, Wartungsfreiheit, hohe Stabilität, geringe Größe. Auch handgeführte Laserschweißgeräte mit Faserlasern haben sich schrittweise weiterentwickelt.

LaserschweißenDas Verfahren erfordert eine hohe Montagegenauigkeit des Werkstücks, wodurch die Schweißnaht anfällig für Fehler wird. Um dieses Problem zu lösen, entwickelte der Konstrukteur, angelehnt an spezielle Laserschweißanlagen, ein handgeführtes Laserschweißgerät mit schwenkbarem Laserstrahl. Die schwenkbare Bewegung des Lasers in Form einer „8“ oder „0“ reduziert die Montagegenauigkeit des Werkstücks und erhöht die Schweißtiefe. Nach mehreren Optimierungen und Verbesserungen weisen die heute gängigen handgeführten Laserschweißgeräte eine Leistung von 0,5–1,5 kW auf und sind in Größe und Gewicht mit Argon-Lichtbogenschweißgeräten vergleichbar. Sie eignen sich zum Schweißen von Metallplatten bis zu einer Dicke von 3 mm. Um die unzureichende Schweißnahtfestigkeit von Laserschweißkonstruktionen zu beheben, haben Gerätehersteller in den letzten Jahren automatische Drahtvorschubsysteme in die Laserschweißung integriert und handgeführte Laser-Drahtfüllschweißgeräte entwickelt. Diese Geräte können den Draht automatisch zuführen und erfüllen im Wesentlichen die Anforderungen für dünne Metallplatten unter 4 mm Dicke. Das Schweißverfahren kann das Lichtbogenschweißen im Wesentlichen ersetzen und übertreffen, ermöglicht schnelles, wärmearmes, verformungsarmes und kostengünstiges Schweißen unter umweltfreundlichen Bedingungen und die Herstellungskosten sind niedriger als beim Lichtbogenschweißen unter gleichen Bedingungen.

 

Beim Schweißen hat der handgeführte Schweißkopf eine bestimmte Scanbreite und einen kleinen Punktdurchmesser. Dadurch wird beim Schweißen Punkt für Punkt abgetastet und eine Schweißnaht erzeugt. Im Vergleich zu herkömmlichen Kaltschweißgeräten ist die Schweißgeschwindigkeit beim handgeführten Laserschweißen höher. Das einstufige Schweißverfahren eignet sich besonders für das Massenschweißen langer, gerader Nähte.

Die handgeführte Laserschweißmaschine ist platzsparend und in der Regel mit verschiedenen Handköpfen ausgestattet. Je nach Anforderungen an Metallteile, wie z. B. Außen-, Innen-, Winkel-, Schmalkanten- und Großpunktschweißen, können unterschiedliche Handschweißköpfe ausgewählt werden. Dadurch ist die Produktvielfalt groß und die Formgebung flexibler. Für Fertigungsbetriebe, die sich auf die Bearbeitung kleinerer Werkstücke und das Schweißen in kleineren Serien spezialisiert haben, sind handgeführte Laserschweißmaschinen die optimale Lösung.

 

Unterschiedliche Metallwerkstoffe weisen unterschiedliche Schmelzpunkte auf: Die Einstellung der Schweißparameter für verschiedene Schweißmaterialien ist relativ komplex, und die thermophysikalischen Eigenschaften der Schweißmaterialien verändern sich mit der Temperatur. Auch die Absorptionsrate des Lasers variiert je nach Material und Temperatur. Weitere Einflussfaktoren sind das Schmelzen der Lötverbindung und die Strukturentwicklung der Wärmeeinflusszone während der Erstarrung der Schweißnaht, Verbindungsfehler beim handgeführten Laserschweißen, Schweißspannungen und thermische Verformungen usw. Am wichtigsten ist jedoch der Einfluss der unterschiedlichen Eigenschaften der Schweißmaterialien auf die Makro- und Mikroeigenschaften der Schweißnaht.

Welche Materialien könnenHandgeführtes Laserschweißgerätschweißen?

1. Edelstahl

Edelstahl besitzt einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und neigt beim Schweißen zur Überhitzung. Ist die Wärmeeinflusszone etwas zu groß, kann dies zu erheblichen Verformungen führen. Die vom handgeführten Laserschweißgerät während des gesamten Schweißprozesses erzeugte Wärme ist jedoch gering. In Verbindung mit der relativ niedrigen Wärmeleitfähigkeit, der hohen Energieabsorptionsrate und der hohen Schmelzeffizienz von Edelstahl lassen sich nach dem Schweißen gut geformte, glatte und ästhetisch ansprechende Schweißnähte erzielen.

2. Kohlenstoffstahl

Normaler Kohlenstoffstahl lässt sich direkt mit einem Handlaserschweißgerät verschweißen. Das Ergebnis ist vergleichbar mit dem Schweißen von Edelstahl, und die Wärmeeinflusszone ist kleiner. Bei mittel- und hochkohlenstoffhaltigem Stahl ist die Resttemperatur jedoch relativ hoch, weshalb ein Vorwärmen und eine Wärmespeicherung nach dem Schweißen erforderlich sind, um Spannungen abzubauen und Risse zu vermeiden. Hier kommt die Kaltschweißanlage ins Spiel. Mittel- und hochkohlenstoffhaltiger Stahl kann mit Kaltschweißen und Gusseisenschweißdraht bei niedriger Geschwindigkeit geschweißt oder repariert werden. In puncto Temperaturkontrolle ist die Kaltschweißanlage im Vergleich zum Handlaserschweißen hinsichtlich der Restwärme nach dem Schweißen effizienter.

3. Werkzeugstahl

Es eignet sich zum Schweißen verschiedener Arten von Werkzeugstahl, und das Schweißergebnis ist sehr gut.

4. Aluminium und Aluminiumlegierungen

Aluminium und Aluminiumlegierungen sind hochreflektierende Werkstoffe, und beim Schweißen kann es zu Porosität im Schmelzbad oder an der Wurzel kommen. Im Vergleich zu den zuvor genannten Metallen stellen Aluminium und Aluminiumlegierungen höhere Anforderungen an die Schweißparameter. Sind die gewählten Schweißparameter jedoch geeignet, lässt sich eine Schweißnaht mit denselben mechanischen Eigenschaften wie das Grundmaterial erzielen.

5. Kupfer und Kupferlegierungen

Kupfer besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, was beim Schweißen leicht zu unvollständigem Durchschweißen und partieller Verschmelzung führen kann. Üblicherweise wird das Kupfermaterial während des Schweißprozesses erwärmt, um den Schweißvorgang zu unterstützen. Hierbei handelt es sich um dünne Kupfermaterialien. Handlaserschweißen kann aufgrund seiner konzentrierten Energie und hohen Schweißgeschwindigkeit direkt schweißen und ist daher weniger von der hohen Wärmeleitfähigkeit des Kupfers beeinträchtigt.

6. Schweißen zwischen ungleichen Werkstoffen

Das handgeführte Laserschweißgerät eignet sich für das Schweißen verschiedenster Metalle, beispielsweise Kupfer-Nickel, Nickel-Titan, Kupfer-Titan, Titan-Molybdän, Messing-Kupfer, unlegierter Stahl-Kupfer und weitere. Das Laserschweißen ist unter allen Bedingungen (Gas und Temperatur) möglich.

 

Handlaserschweißgeräte sind in der Schweißindustrie weit verbreitet, vor allem weil sie trotz ihres höheren Preises die Arbeitskosten deutlich senken. Da Schweißer oft teuer sind, löst dieses Gerät das Problem der schwierigen und kostspieligen Personalsuche. Darüber hinaus hat es aufgrund seiner langen Lebensdauer und des geringen Energieverbrauchs von Tausenden von Kunden einhelliges Lob erhalten.

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