Laserlassen diktetabel & vermogensinstellingen

De laserdikte is een cruciaal aspect van het lasproces dat de kwaliteit en sterkte van de las bepaalt. Inzicht in de factoren die van invloed zijn op de dikte die haalbaar is bij laserlassen helpt bij het optimaliseren van het proces voor verschillende materialen en toepassingen.

Inleiding tot laserlassen en het belang ervan

Laserlassen is een uiterst nauwkeurig proces dat veel gebruikt wordt in verschillende industrieën vanwege de mogelijkheid om sterke, schone lassen te maken met minimale vervorming. Het is vooral waardevol in toepassingen waar precisie en controle over de lasparameters essentieel zijn. De dikte van de las is een belangrijke parameter die de mechanische eigenschappen en algehele integriteit van de lasverbinding beïnvloedt.

Belangrijke factoren die de laserdikte beïnvloeden

Laservermogen

Het vermogen van de laser heeft een directe invloed op de penetratiediepte in het materiaal. Een hoger laservermogen kan dikkere materialen lassen door de benodigde energie te leveren om diepere lagen te smelten en te smelten. Voor het lassen van roestvast staal met een dikte van 10 mm is bijvoorbeeld een laservermogen van ongeveer 5 kW nodig, terwijl voor dunnere materialen zoals 2 mm roestvast staal misschien maar 1 kW nodig is. Omgekeerd is een lager laservermogen geschikt voor dunnere materialen om doorbranden en overmatig smelten te voorkomen.

Type materiaal

Verschillende materialen hebben verschillende eigenschappen zoals warmtegeleiding, absorptiecoëfficiënt en smeltpunt, die beïnvloeden hoe ze reageren op laserlassen. Bijvoorbeeld, aluminium, met zijn hoge thermische geleidbaarheid, vereist een hoger laservermogen en langzamere lassnelheden in vergelijking met roestvast staal om dezelfde dikte te bereiken. Koper, met zijn hoge reflectiviteit, vereist gespecialiseerde laserbronnen of oppervlaktebehandelingen om een efficiënte energieabsorptie te garanderen.

Lassnelheid

De snelheid waarmee de laser over het materiaal beweegt heeft invloed op de warmte-inbreng en dus op de lasdikte. Langzamere lassnelheden zorgen ervoor dat er meer energie in het materiaal kan doordringen, wat resulteert in diepere lassen. Bijvoorbeeld, het verlagen van de lassnelheid van 3 m/min naar 1 m/min kan de inbranddiepte aanzienlijk verhogen in materialen zoals aluminium en roestvast staal. Snellere snelheden worden gebruikt voor dunnere materialen om oververhitting en vervorming te voorkomen.

Focuspositie

De positie van de laserfocus ten opzichte van het materiaaloppervlak is kritisch. Voor dikkere materialen wordt de laserstraal meestal boven de las geplaatst voor een betere penetratie. Voor dunnere materialen wordt de laserstraal onder de las geplaatst om de warmte beïnvloede zone te minimaliseren en kromtrekken te voorkomen. Het aanpassen van de focuspositie met slechts een paar millimeter kan de kwaliteit en diepte van de las aanzienlijk beïnvloeden.

Diameter straal

De diameter van de laserstraal beïnvloedt de energiedichtheid. Een kleinere straaldiameter geeft een hogere energiedichtheid, geschikt voor het lassen van dunnere materialen. Een straaldiameter van 0,2 mm kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor toepassingen met dun plaatmetaal, terwijl een grotere straaldiameter van 0,6 mm gunstig is voor het lassen van dikkere materialen. Een grotere straaldiameter verdeelt de energie over een breder gebied, wat gunstig is voor het lassen van dikkere materialen.

Praktische overwegingen

Bij het instellen van een laserlasproces is het essentieel om rekening te houden met de wisselwerking tussen deze factoren. Bijvoorbeeld, het verhogen van het laservermogen zonder de lassnelheid of focuspositie aan te passen kan leiden tot defecten zoals overmatig smelten of onvolledige samensmelting. Op dezelfde manier zorgt het optimaliseren van de straaldiameter en focuspositie op basis van het materiaaltype en de materiaaldikte voor een las van hoge kwaliteit.

Fabrikanten gebruiken vaak uitgebreide grafieken die een verband leggen tussen laservermogen, materiaaldikte en lassnelheid om de instelling te begeleiden. Deze grafieken geven specifieke parameters voor verschillende materialen en diktes, waardoor consistente en betrouwbare lassen worden gegarandeerd.

Door deze parameters te begrijpen en aan te passen, kunnen fabrikanten een nauwkeurige controle krijgen over de lasdikte, wat leidt tot een betere laskwaliteit en betere prestaties.

Parameterinstelling laserlasproces

De sleutel tot laserlasapparatuur is het instellen en aanpassen van de procesparameters. Verschillende scansnelheden, breedtes, vermogens, enz. worden geselecteerd op basis van de materiaaldikte en het type (duty cycle en pulsfrequentie hoeven meestal niet te worden aangepast). Veelgebruikte procesparameters worden in de onderstaande tabel weergegeven.

Lineaire procesparameters voor laserlassen

Optimaliseer de trillingsamplitude van de galvanometer zodat deze precies overeenkomt met de breedte van het te lassen werkstuk. Dit zorgt voor een gelijkmatige energieverdeling over de lasnaad.

② De eisen aan het laservermogen correleren direct met de materiaaldikte. Dikkere platen vereisen een hoger laservermogen om volledige penetratie te bereiken, terwijl dunnere materialen minder vermogen nodig hebben om doorbranden en vervorming te voorkomen.

③ Voor dunne platen onder 1,0 mm is fijnafstelling van laserparameters cruciaal. Pas de inschakelduur aan op basis van de materiaaldikte om de warmte-inbreng en inbranddiepte te regelen. Deze parameters beïnvloeden voornamelijk de inbrandingseigenschappen van de las en minimaliseren de warmte-beïnvloede zone (HAZ).

De lineaire lastechniek is veelzijdig en geschikt voor diverse verbindingsconfiguraties, waaronder diagonaal- en stuiklassen. Het biedt een consistente laskwaliteit in verschillende geometrieën als het goed geoptimaliseerd is.

Het optimale frequentiebereik voor de oscillatie van de laskop is 4-20Hz. Pas binnen dit bereik de vermogensdichtheid aan op basis van materiaaleigenschappen, dikte en gewenste laseigenschappen. Hogere frequenties maken over het algemeen hogere lassnelheden mogelijk, maar kunnen een hoger vermogen vereisen.

⑥ Gebruik voor inwendig hoeklassen een smalle oscillatiebreedte van de galvanometer. Het verkleinen van de oscillatieamplitude concentreert de energie, wat resulteert in een diepere inbranding en een sterkere fusie op het verbindingsoppervlak. Weeg dit echter af tegen het risico van ondersnijden of overmatige inbranding.

Speciale opmerking:

De bovengenoemde parameters dienen als algemene richtlijnen en moeten worden verfijnd op basis van verschillende kritische factoren, waaronder laservermogen, materiaalsamenstelling en -eigenschappen, specifieke lastechniek en verbindingsbreedte. Als vuistregel geldt dat dunnere platen een lager laservermogen vereisen, terwijl dikkere platen een hoger vermogen vereisen. Deze relatie is echter niet strikt lineair en kan variëren afhankelijk van de warmtegeleiding en reflectiviteit van het materiaal.

De regelparameters van de laserkop spelen ook een cruciale rol bij het bereiken van een optimale laskwaliteit. De linetype parameter is vooral effectief voor diagonale lassen en mannelijke hoeklassen, omdat deze zorgt voor een nauwkeurige energieverdeling langs het laspad. De O-type parameter daarentegen biedt veelzijdigheid en is zeer geschikt voor een breed scala aan lastoepassingen, waaronder stompe lasnaden, overlapnaden en complexe geometrieën.

Het is belangrijk om op te merken dat deze parameters moeten worden gevalideerd door middel van praktijktesten en dat er iteratieve aanpassingen nodig kunnen zijn om de gewenste laseigenschappen te bereiken, zoals inbranddiepte, lasrupsbreedte en minimale warmte beïnvloede zone. Daarnaast kunnen factoren zoals de samenstelling van het beschermgas, de stroomsnelheid en het ontwerp van het mondstuk het lasproces aanzienlijk beïnvloeden en moeten deze samen met de laserparameters in overweging worden genomen.

Voor optimale resultaten wordt aanbevolen om een uitgebreide lasprocedurespecificatie (WPS) te ontwikkelen die rekening houdt met alle relevante variabelen en is afgestemd op het specifieke materiaal en de verbindingsconfiguratie die wordt gelast.

Procesparameters laserlassen O-type

① Stel de trilamplitude van de galvanometer precies af op de breedte van het werkstuk dat gelast wordt. Dit zorgt voor een optimale energieverdeling over de lasnaad.

Het benodigde laservermogen correleert direct met de plaatdikte. Dikkere platen vereisen een hoger laservermogen om volledige penetratie te bereiken, terwijl dunnere platen minder vermogen nodig hebben om oververhitting of doorbranden te voorkomen.

Voor dunne platen onder 1,0 mm is fijnafstelling van de parameters cruciaal. Pas de positie van het brandpunt, de pulsduur en de energiedichtheid aan om de penetratiediepte te regelen en de warmte-beïnvloede zone (HAZ) te minimaliseren. Deze parameters beïnvloeden voornamelijk de laspenetratie en de mechanische eigenschappen van de dunne plaatverbinding.

Het lineaire laspatroon is veelzijdig en geschikt voor diverse verbindingsconfiguraties, waaronder diagonaal- en stuiklassen. Overweeg echter technieken voor bundelvorming om de energieverdeling in specifieke verbindingsgeometrieën te optimaliseren.

⑤ Het frequentiebereik van het laspistool van 4-20Hz maakt procesoptimalisatie mogelijk. Lagere frequenties zijn meestal geschikt voor dikkere materialen, terwijl hogere frequenties gunstig zijn voor dunne platen. Pas de vermogensdichtheid aan in combinatie met de frequentie om de gewenste laseigenschappen te verkrijgen.

⑥ De O-type lasmodus, met dubbele motoroscillatie, is geschikt voor diverse lastoepassingen. Deze techniek zorgt voor een grondige versmelting van het materiaal en bevordert een gelijkmatige menging in het smeltbad, wat resulteert in een superieure lasstabiliteit in vergelijking met lineair lassen. De verhoogde energie-input vereist een hoger laservermogen, maar biedt voordelen zoals een betere spleetoverbrugging en minder porositeit in de lasnaad.

Speciale opmerking:

De gegeven parameters dienen als algemene richtlijnen en moeten worden verfijnd op basis van specifieke factoren zoals laservermogen, materiaaleigenschappen, lastechniek en verbindingsbreedte. Als vuistregel geldt dat dunnere platen een lager laservermogen vereisen, terwijl dikkere platen een hoger vermogen vereisen. Wat betreft de laserkopbesturing is de linetype parameter vooral effectief voor diagonale en mannelijke hoeklassen, terwijl de O-type parameter veelzijdig is en geschikt voor een breed scala aan lastoepassingen.

Het is cruciaal om bij het optimaliseren rekening te houden met het volgende laserlassen parameters:

1. Materiaalkenmerken: De thermische geleidbaarheid, reflectiviteit en het smeltpunt van het werkstuk hebben een grote invloed op de parameterselectie.
2. Geometrie van de verbinding: Verschillende verbindingsconfiguraties (stomp, overlap, hoek) kunnen verschillende parameteraanpassingen vereisen voor optimale resultaten.
3. Lassnelheid: Deze parameter beïnvloedt direct de warmte-inbreng en laspenetratie, waardoor een zorgvuldige balans met het laservermogen nodig is.
4. Focuspositie: Door het brandpunt ten opzichte van het werkstukoppervlak aan te passen, kunnen de energieverdeling en het lasprofiel worden geoptimaliseerd.
5. Afschermgas: Het type en de stroomsnelheid van het beschermgas hebben invloed op de laskwaliteit en moeten worden afgestemd op de specifieke toepassing.
6. Pulsvorming: Voor gepulseerd laserlassen kan het manipuleren van de pulsduur en -frequentie de laseigenschappen verbeteren en defecten minimaliseren.

Voer altijd testlassen uit op representatieve monsters om de parameterinstellingen te valideren en te verfijnen voordat u met het productielassen begint. Deze aanpak garandeert een consistente laskwaliteit, minimaliseert defecten en optimaliseert de procesefficiëntie in industriële toepassingen.

Veelgestelde vragen

Hieronder vindt u antwoorden op een aantal veelgestelde vragen:

Wat is de maximale dikte die kan worden gelast met een 2000W laser?

De maximale dikte die gelast kan worden met een 2000W laser varieert afhankelijk van het type materiaal dat gelast wordt. Voor roestvast staal kan een 2000W laser lassen tot een dikte van 6-8 mm. Zacht staal kan gelast worden tot een dikte van 6 mm. Bij het lassen van aluminium ligt de maximaal haalbare dikte tussen 4-6 mm. Voor koper en messing is de maximale dikte meestal maximaal 2 mm. Deze waarden illustreren dat materiaaleigenschappen een aanzienlijke invloed hebben op de haalbare lasdikte met een 2000W laser.

Hoe beïnvloedt laservermogen de lasdikte?

Laservermogen heeft een grote invloed op de lasdikte bij laserlassen. Over het algemeen zorgt een hoger laservermogen voor een diepere penetratie, waardoor het geschikt is voor het lassen van dikkere materialen. Voor dunne platen (minder dan 1,0 mm) is bijvoorbeeld een lager laservermogen nodig, meestal tussen 500-1500W, om oververhitting te voorkomen en een nauwkeurige controle over de las te behouden. Materialen met een gemiddelde dikte (1,0 mm - 5,0 mm) hebben een middelmatig laservermogen nodig, meestal rond 1500-3000W, om voldoende inbranding te garanderen zonder defecten te veroorzaken. Voor dikke platen (meer dan 5,0 mm) is een hoger laservermogen, vaak in het bereik van 3000-6000W of meer, essentieel om volledige penetratie en voldoende verbindingssterkte te bereiken.

De relatie tussen laservermogen en lasdikte heeft ook te maken met de lassnelheid. Voor dikkere materialen is een combinatie van hoger laservermogen en lagere lassnelheden nodig om de laserenergie voldoende tijd te geven om de volledige materiaaldikte te penetreren. Omgekeerd hebben dunnere materialen baat bij een lager laservermogen en hogere lassnelheden om overmatige warmte-inbreng en defecten zoals doorbranden te voorkomen.

Samenvattend moet het juiste laservermogen worden gekozen op basis van de materiaaldikte om optimale lasresultaten te verkrijgen, waarbij voldoende inbranding wordt gegarandeerd en defecten door te veel of te weinig vermogen worden vermeden.

Wat zijn de aanbevolen lasparameters voor aluminium?

Bij het laserlassen van aluminium moeten verschillende belangrijke parameters zorgvuldig worden ingesteld om lassen van hoge kwaliteit te garanderen. De aanbevolen lasparameters voor aluminium variëren afhankelijk van de dikte van het materiaal.

Voor dunne aluminium platen (minder dan 1,0 mm) wordt meestal een lager laservermogen van 500-1500 W gebruikt. De lassnelheid voor deze dunne materialen moet relatief hoog zijn, ongeveer 5-10 meter per minuut, om een consistente versmelting te garanderen en de warmte-beïnvloede zone te minimaliseren.

Voor aluminium platen met een gemiddelde dikte (1,0-3,0 mm) is een gemiddeld tot hoog laservermogen van 1000-3000 W nodig. De lassnelheid voor deze platen wordt meestal ingesteld op 3-4 meter per minuut, waarbij vermogen en snelheid in evenwicht zijn om lassen van hoge kwaliteit te maken.

Voor dikkere aluminium platen (groter dan 3,0 mm) is een hoger laservermogen nodig in het bereik van 3000-6000 W of meer. De lassnelheid moet lager zijn, meestal tussen de 1-5 meter per minuut, om een diepere penetratie en goede samensmelting mogelijk te maken.

De focuspositie heeft een grote invloed op de laskwaliteit en moet worden ingesteld op de maximale penetratiediepte. Een laserstraalgrootte tussen 0,2 en 2 mm wordt aanbevolen voor precisie, en het aanpassen van de straalgrootte helpt bij het beheren van de vermogensdichtheid.

Gepulseerde lasers hebben vaak de voorkeur voor het lassen van dunne aluminium platen om porositeit en thermische scheuren te verminderen, terwijl continue lasers geschikter zijn voor dikkere platen, omdat ze een gladder lasoppervlak opleveren.

Een goede voorbereiding van het oppervlak is cruciaal om defecten te voorkomen. Voor het lassen moet het aluminiumoppervlak worden gereinigd om onzuiverheden te verwijderen. Afschermgas, zoals helium of argon, moet geoptimaliseerd worden om een stabiele gaatjesvorming te garanderen en defecten te minimaliseren.

Bovendien hebben aluminiumlegeringen een hoge reflectiviteit en een lage absorptie van laserenergie, dus het snel verhogen van de dichtheid van het laservermogen is essentieel om te voorkomen dat warmte wordt gereflecteerd of weggeleid. Dubbelpuntlassen of extra laserpassen kunnen de laskwaliteit verbeteren en defecten verminderen.

Door deze parameters zorgvuldig af te stellen op basis van de specifieke dikte en het type aluminium, kunnen operators lasnaden van hoge kwaliteit met minimale defecten en optimale mechanische eigenschappen realiseren.

Kan laserlassen worden gebruikt voor koper en welke dikte is haalbaar?

Ja, laserlassen kan worden gebruikt voor koper, hoewel het een aantal uitdagingen met zich meebrengt vanwege de fysieke eigenschappen van koper. De lage absorptie van infrarode laserstraling door koper vereist een hoger laservermogen om de vereiste energiedichtheid te bereiken. Daarnaast leidt de hoge thermische geleidbaarheid van koper tot snelle warmteafvoer, waardoor het moeilijk is om de benodigde warmte in het lasgebied te houden voor diepe penetratie. De lage viscositeit van gesmolten koper kan ook leiden tot onregelmatige naadmorfologieën en defecten zoals spatten en porositeit.

Ondanks deze uitdagingen hebben moderne lasertechnologieën het mogelijk gemaakt om effectief koper te lassen. Voor zuiver koper kunnen dieptes tot ongeveer 4 mm worden bereikt met krachtige lasers, zoals single-pass hybride laser-MIG-lassen. Door groene en infraroodlasers te combineren kunnen ook lasdieptes van enkele millimeters worden bereikt, omdat de groene laser het oppervlak verwarmt terwijl de infraroodlaser voor de benodigde diepte zorgt. Specifieke experimentele opstellingen hebben aangetoond dat met een laservermogen van 5 kW en de juiste lassnelheid, diep doordringend lassen kan worden bereikt, bijvoorbeeld met een lassnelheid van 20 m/min.

Kortom, laserlassen van koper is haalbaar en kan aanzienlijke diktes bereiken met zorgvuldig beheer van de procesparameters en geavanceerde technieken om de inherente uitdagingen van de fysische eigenschappen van koper te beperken.

Hoe beïnvloedt de lassnelheid de kwaliteit van de las?

Lassnelheid heeft een grote invloed op de kwaliteit van de las bij laserlasprocessen. Het speelt een cruciale rol bij het bepalen van de warmte-inbreng, de inbranding en de algehele integriteit van de las. Als de lassnelheid te laag is, wordt er te veel warmte in het materiaal gebracht, wat kan resulteren in een groot lasbad, te veel inbranding en mogelijke defecten zoals doorhangen, poreusheid en doorbranden, vooral bij dunnere materialen. Aan de andere kant kan een te hoge lassnelheid de laser onvoldoende tijd geven om het basismateriaal voldoende te smelten, wat leidt tot slechte samensmelting en inbranding, wat resulteert in een zwakke, smalle las.

Een optimale lassnelheid is essentieel om deze factoren in balans te brengen en lassen van hoge kwaliteit te maken. De snelheid moet zorgvuldig worden aangepast op basis van het materiaaltype, de dikte en specifieke lasparameters zoals het laservermogen en de positie van het brandpunt. Materialen zoals aluminium, die zeer geleidend zijn, vereisen bijvoorbeeld vaak hogere lassnelheden om oververhitting en doorbranden te voorkomen. Omgekeerd hebben dikkere materialen langzamere snelheden nodig voor een goede inbranding en samensmelting.

Samengevat is het regelen van de lassnelheid cruciaal om de warmte-inbreng te optimaliseren, voor voldoende inbranding en versmelting te zorgen en de mechanische eigenschappen van de las te behouden. Een juiste afstelling van de lassnelheid op basis van het specifieke materiaal en de laserlasparameters is nodig om lasnaden van hoge kwaliteit en zonder defecten te verkrijgen.

Met welke andere factoren moet rekening worden gehouden om het laserlassen te optimaliseren?

Om laserlassen te optimaliseren, moet er naast het laservermogen en de lassnelheid rekening worden gehouden met verschillende factoren om de gewenste lasdikte en -kwaliteit te bereiken. Deze omvatten:

1. Grootte en focus van bundelvlek: De grootte van de laserstraal en de focus bepalen de vermogensdichtheid en de penetratiediepte. Een kleinere, meer gefocuste straal kan een diepere penetratie bereiken, terwijl een grotere straal beter is voor bredere lasnaden.
2. Pulsfrequentie en overlappingssnelheid: Het aanpassen van de pulsfrequentie en overlapsnelheid is cruciaal voor de laskwaliteit. Een hogere overlapsnelheid kan leiden tot gladdere lassen, maar kan de lassnelheid verlagen. Een te hoge overlap kan defecten veroorzaken zoals doorbranden of spatten.
3. Hoeveelheid onscherpte en brandpuntsafstand: De juiste afstelling van de hoeveelheid defocus en de brandpuntsafstand is nodig om de interactie van de straal met het materiaal te regelen en het gewenste lasprofiel te bereiken.
4. Materiaaleigenschappen: Het absorptievermogen, de thermische geleidbaarheid en het smelt-/kookpunt van het materiaal beïnvloeden hoe de laserenergie wordt geabsorbeerd en afgevoerd, waardoor de dynamiek van het lasbad wordt beïnvloed.
5. Oppervlaktegesteldheid: Schone en gladde oppervlakken zorgen voor een consistente interactie tussen de laserstraal en het materiaal, wat leidt tot een betere laskwaliteit.
6. Afschermingsgas: Het gebruik van geschikte beschermgassen zoals argon, helium of stikstof beschermt de las tegen oxidatie en helpt het sleutelgat te stabiliseren, waardoor een schone las behouden blijft.
7. Gezamenlijk ontwerp en voorbereiding: Een juiste passing, spleettolerantie en randvoorbereiding, zoals afschuinen of afschuinen, zijn essentieel om defecten zoals onvolledige samensmelting of poreusheid te voorkomen.
8. Opspannen en klemmen: Veilige fixatie en klemming houden de gewenste lasverbinding in stand en voorkomen vervorming tijdens het lassen.
9. Oscillatie van de straal: Deze techniek kan de lasnaad verbreden zonder de laserfocus te vergroten, waardoor de energie-input en thermische vervorming afnemen, wat resulteert in een gladder lasnaadoppervlak.
10. Thermisch beheer en restspanningen: Technieken om thermische uitzetting en ongelijkmatige afkoeling te beheersen, zoals het regelen van de lasvolgorde, plaatselijke afkoeling en warmtebehandeling na het lassen, helpen vervorming en restspanningen te voorkomen.

Door deze factoren zorgvuldig te optimaliseren, kunnen laserlassen van hoge kwaliteit met de gewenste dikte worden bereikt, waardoor het risico op defecten wordt geminimaliseerd en de integriteit van de lasverbinding wordt gegarandeerd.