Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Stel je een lasmethode voor die zo nauwkeurig en krachtig is dat het materialen kan verbinden met minimale vervorming en ongeëvenaarde sterkte. Dat is de belofte van laser dieptedoordringlassen. In dit artikel ontdek je hoe deze geavanceerde techniek werkt, wat de principes erachter zijn en wat de toepassingen zijn in verschillende industrieën. Van het verbeteren van de productie-efficiëntie tot het garanderen van lasnaden van hoge kwaliteit, je ontdekt het transformerende potentieel van deze geavanceerde technologie. Duik in het onderwerp om de procesparameters, voordelen en de toekomst van lassen met lasers te begrijpen.
Het proces van laserlassen, voornamelijk voor het lassen van plaatmetaal, kan worden onderverdeeld in twee categorieën: fiber continu laserlassen en YAG puls laserlassen.
Op basis van het laserlasprincipe kan het verder worden onderverdeeld in warmtegeleidingslassen en laser dieptedoorsteeklassen. Wanneer de vermogensdichtheid minder is dan 104 tot 105 W/cm², wordt het beschouwd als warmtegeleidingslassen. Dit resulteert in ondiepe penetratie en een lagere lassnelheid.
Aan de andere kant, wanneer de vermogensdichtheid groter is dan 105 tot 107 W/cm², zal het metaaloppervlak "gaten" vormen door verhitting en resulteren in laser dieptedoorsteeklassen. Deze methode wordt gekenmerkt door zijn hoge lassnelheid en grote diepte-breedteverhouding.
Het principe van warmtegeleiding laserlassen Hierbij wordt het te bewerken oppervlak verwarmd door middel van laserstraling, wordt de oppervlaktewarmte geleid door overdracht en interne diffusie en wordt het werkstuk gesmolten tot een specifiek smeltbad door laserparameters zoals pulsbreedte, energie, piekvermogen en herhalingsfrequentie te regelen. Deze methode is geschikt voor dunne plaatlassen.
Het laser diepe penetratielassen wordt hoofdzakelijk gebruikt voor vistuiglassen en metallurgisch plaatlassenen de focus van dit artikel ligt op het principe van laser dieptedoorsteeklassen.
Aluminium shell lithium batterij bovenste deksel lassen - fiber continue laser (nieuwe energie voertuig cel, meestal 3-Serie aluminium)
Bij laser dieptelassen wordt meestal een continue laserstraal van optische vezels gebruikt om materialen samen te voegen. Het metallurgische proces van deze methode is vergelijkbaar met elektronenbundellassen en wordt uitgevoerd via een "sleutelgat"-structuur.
Wanneer het materiaal wordt blootgesteld aan een laser met hoge vermogensdichtheid, verdampt het en ontstaan er kleine gaatjes. De kleine gaatjes, gevuld met stoom, gedragen zich als blackbodies en absorberen bijna alle energie van de invallende straal.
De temperatuur in de gaten bereikt ongeveer 2500 ℃ en warmte wordt overgedragen van de buitenwanden van de gaten met hoge temperatuur om het omringende metaal te smelten.
De kleine gaten zijn gevuld met stoom van hoge temperatuur die wordt gegenereerd door de voortdurende verdamping van het wandmateriaal onder de bestraling van de laser. De vier wanden van de gaten worden omgeven door gesmolten metaal en het vloeibare metaal wordt omgeven door vaste materialen.
Bij de meeste conventionele lasprocessen en bij laser geleidingslassen wordt de energie eerst op het oppervlak van het werkstuk afgezet en vervolgens via geleiding naar het inwendige overgebracht.
De vloeistofstroming en wandoppervlaktespanning buiten de gaatjeswanden zijn in dynamisch evenwicht met de continue stoomdruk binnenin de gaatjesholte. De laserstraal gaat continu de kleine gaatjes binnen en het materiaal buiten de gaatjes stroomt continu.
De beweging van de laserstraal houdt de kleine gaatjes en het gesmolten metaal rondom de gaatjes in een stabiele stroomtoestand.
Dit betekent dat de kleine gaatjes en het gesmolten metaal met de snelheid van de leidende straal naar voren bewegen, de achtergebleven ruimte opvullen en stollen om de las te vormen.
Al deze processen vinden zo snel plaats dat de lassnelheid gemakkelijk enkele meters per minuut kan bereiken.
6 serie aluminium vezel CW laserlassen (dit is de hogesnelheidslijn vloer)
Er is een drempelwaarde voor de dichtheid van de laserenergie bij laserlassen. Als de laserenergiedichtheid onder deze waarde ligt, is de inbranding ondiep. Als deze waarde echter wordt bereikt of overschreden, wordt de penetratie sterk verbeterd.
Het ontstaan van plasma, dat de voortgang van stabiel diep doordringlassen aangeeft, treedt alleen op wanneer de laser vermogensdichtheid op het werkstuk de drempel overschrijdt, die afhankelijk is van het materiaal.
Wanneer de dichtheid van het laservermogen onder de drempelwaarde ligt, vindt alleen het smelten van het oppervlak van het werkstuk plaats, wat resulteert in stabiel warmtegeleidingslassen.
Als de dichtheid van het laservermogen in de buurt komt van de kritische voorwaarde voor de vorming van een sleutelgat, dan is de lasproces onstabiel wordt, met afwisselend diep penetratielassen en geleidingslassen, wat resulteert in aanzienlijke schommelingen in de penetratiediepte.
Tijdens het laser dieptedoorsteeklassen regelt het laservermogen tegelijkertijd de inbranddiepte en de lassnelheid. De penetratiediepte is direct gerelateerd aan de vermogensdichtheid van de laserstraal en is een functie van het vermogen van de invallende laserstraal en het brandpunt van de laserstraal.
In het algemeen geldt dat voor een laserstraal met een bepaalde diameter, de penetratie toeneemt naarmate het vermogen van de straal toeneemt.
Ketelpaard - YAG puls laserlassen (kan direct het uiterlijk oppervlak)
De grootte van de laserspot is een kritieke variabele bij laserlassen omdat deze de vermogensdichtheid bepaalt. Het meten van de spotgrootte voor lasers met hoog vermogen is echter een uitdagende taak, ondanks de beschikbaarheid van diverse indirecte meettechnologieën.
De limiet van de grootte van de diffractiespot van de bundelfocus kan worden berekend met behulp van de lichtdiffractietheorie, maar de werkelijke spotgrootte is groter door de aanwezigheid van aberraties in de focuslens.
De eenvoudigste meetmethode is de methode met het gelijke temperatuurprofiel, waarbij de brandplek en de perforatiediameter worden gemeten na het branden van dik papier en het doorboren van een polypropyleenplaat.
Deze methode vereist beheersing van het laservermogen en de actietijd van de straal, wat door oefening en meting bereikt kan worden.
De laserabsorptie van materialen is afhankelijk van verschillende belangrijke eigenschappen van het materiaal, zoals absorptiviteit, reflectiviteit, thermische geleidbaarheid, smelttemperatuur, verdampingstemperatuur enzovoort.
Er zijn twee factoren die de absorptie van materialen door de laserstraal beïnvloeden:
Ten eerste de weerstandscoëfficiënt van het materiaal. Na het meten van de absorptiecoëfficiënt van het gepolijste oppervlak van het materiaal, is gebleken dat de absorptiecoëfficiënt van het materiaal recht evenredig is met de vierkantswortel van de weerstandscoëfficiënt, die verandert met de temperatuur.
Ten tweede, de oppervlaktegesteldheid of afwerking van het materiaal, die een aanzienlijke invloed heeft op de absorptie van de straal en dus op het laseffect.
Materialen met een hoge zuiverheid en algemene geleidbaarheid, zoals roestvrij staal en nikkel, zijn het beste om te lassen.
Aan de andere kant zijn hooggeleidende materialen zoals koper en aluminium zijn moeilijk te lassen. Lassen van aluminium uit de 6-serie en hoger is gevoelig voor scheuren en poriën.
De lassen van koper hangt over het algemeen af van de toepassingsvereisten en kan worden gedaan met YAG-pulslaser en continue fiberlaser.
In de juwelenindustrie worden goud en zilver meestal gepuntlast. Er zijn echter weinig industriële toepassingen voor het lassen van deze materialen. De focus ligt hier op industriële toepassingen.
De golflengte aan de uitgang van CO2 lasers is meestal 10,6 μm. Bij kamertemperatuur is de absorptiesnelheid van niet-metaalachtige materialenzoals keramiek, glas, rubber en kunststoffen is zeer hoog, terwijl de absorptiesnelheid van metalen materialen laag is.
Zodra het materiaal echter gesmolten of zelfs verdampt is, neemt de absorptie enorm toe.
De methode van oppervlaktecoating of het vormen van een oxidelaag op het oppervlak is zeer effectief in het verbeteren van de absorptie van lichtstralen.
De lassnelheid heeft een grote invloed op de inbranddiepte. Het verhogen van de snelheid zal resulteren in een ondiepere inbranding, maar een te lage snelheid zal overmatig smelten van het materiaal veroorzaken en resulteren in een te grote inbranding van het werkstuk.
Daarom is er een geschikt bereik van lassnelheden voor een specifiek materiaal met een bepaald laservermogen en een bepaalde laserdikte, en de maximale inbranding kan worden bereikt bij de overeenkomstige snelheidswaarde.
Roestvrij staal YGA puls laserdraad vullen lassen (het kan het probleem van grote stootvoeg en uiterlijk overwinnen oppervlaktebehandeling in een later stadium)
Inert gas wordt vaak gebruikt bij laserlassen om het smeltbad te beschermen. In sommige gevallen is bescherming niet nodig als het materiaal zonder oppervlakteoxidatie kan worden gelast.
De meeste toepassingen maken echter gebruik van helium, argon, stikstof of andere gassen om het werkstuk te beschermen tegen oxidatie tijdens het lassen.
Helium is een effectief beschermgas vanwege de hoge ionisatie-energie, waardoor de laserstraal soepel kan passeren en het werkstukoppervlak zonder belemmeringen kan bereiken. Het is echter relatief duur.
Argon is relatief goedkoop en heeft een hoge dichtheid, waardoor het een goede bescherming biedt. Maar het is gevoelig voor ionisatie door metaalplasma op hoge temperatuur, waardoor het effectieve laservermogen en de lassnelheid en de penetratie afnemen.
Het oppervlak van het door argon beschermde lasmetaal is gladder dan het door helium beschermde oppervlak.
Stikstof is het goedkoopste beschermgas, maar het is niet geschikt voor sommige types van lassen van roestvrij staal door metallurgische problemen, zoals absorptie, wat soms kan leiden tot poriën in het schootgebied.
Het tweede doel van het gebruik van beschermgas is om de focuslens te beschermen tegen vervuiling door metaaldamp en sputteren van vloeistofdruppels, wat vooral belangrijk is bij laserlassen met hoog vermogen waarbij de ejecta krachtiger worden.
De derde functie van het beschermgas is het verspreiden van de plasma afscherming die geproduceerd wordt door laserlassen met hoog vermogen. De metaaldamp absorbeert de laserstraal en ioniseert deze tot een plasmawolk, en het beschermgas rond de metaaldamp ioniseert ook door verhitting.
Als er te veel plasma is, zal het de laserstraal in zekere mate opslokken. Het plasma op het werkoppervlak werkt als een tweede energiebron, waardoor de inbranding ondieper wordt en het oppervlak van het lasbad breder.
De recombinatiesnelheid van elektronen kan worden verhoogd door de botsing van elektronen met ionen en neutrale atomen te verhogen, waardoor de elektronendichtheid in het plasma afneemt.
Hoe lichter het neutrale atoom, hoe hoger de botsingsfrequentie en hoe hoger de recombinatiesnelheid.
Aan de andere kant zal alleen beschermend gas met een hoge ionisatie-energie de elektronendichtheid niet doen toenemen door zijn eigen ionisatie.
Atomisch (moleculair) gewicht en ionisatie-energie van gewone gassen en metalen
| Materiaal | Hij | Ar | N | Al | Mg | Fe |
| Atomisch (moleculair) gewicht | 4 | 40 | 28 | 27 | 24 | 56 |
| Ionisatie-energie (eV) | 24.46 | 15.68 | 14.5 | 5.96 | 7.61 | 7.83 |
Zoals de tabel laat zien, hangt de grootte van de plasmawolk af van het type beschermgas dat wordt gebruikt. Helium produceert de kleinste plasmawolk, stikstof de op één na kleinste en argon de grootste. Hoe groter de plasmawolk, hoe ondieper de penetratiediepte.
Dit verschil is niet alleen te wijten aan de verschillende ionisatieniveaus van de gasmoleculen, maar ook aan het verschil in metaaldampdiffusie veroorzaakt door de verschillende dichtheden van het beschermgas.
Helium heeft de laagste ionisatie en dichtheid en kan de opstijgende metaaldamp snel verwijderen uit het metaalsmeltbad.
Daarom kan het gebruik van helium als beschermgas het plasma effectief remmen en de penetratie en lassnelheid verhogen. Bovendien is het licht en is het onwaarschijnlijk dat het poriën veroorzaakt.
Bij echt lassen levert het gebruik van argon als afscherming echter goede resultaten op. Het effect van de plasmawolk op de inbranding is het meest merkbaar bij lage lassnelheden en naarmate de lassnelheid toeneemt, neemt het effect af.
Het beschermgas wordt met een bepaalde druk door een mondstuk op het werkstukoppervlak vrijgelaten. De vorm van de straalpijp en de diameter van de uitlaat zijn kritisch, omdat de straalpijp groot genoeg moet zijn om het lasoppervlak met het beschermgas, maar het moet ook beperkt zijn in omvang om de lens effectief te beschermen en te voorkomen dat metaaldampvervuiling of metaalspatten de lens beschadigen.
De stroomsnelheid moet ook worden geregeld, anders wordt de laminaire stroming van het beschermgas turbulent en wordt er lucht in het smeltbad gezogen, waardoor poriën ontstaan.
Om het beschermende effect te verbeteren, kan ook gebruik worden gemaakt van zijdelings blazen, waarbij het beschermgas onder een bepaalde hoek in het kleine gat van het dieptedoorboringslassen wordt geïnjecteerd via een mondstuk met een kleine diameter.
Dit vermindert niet alleen de plasmawolk op het werkstukoppervlak, maar beïnvloedt ook het plasma in het gat en de vorming van kleine gaatjes, wat resulteert in een grotere inbranddiepte en een ideale las met een hoge diepte-breedteverhouding.
Deze methode vereist echter een nauwkeurige regeling van de grootte en richting van de gasstroom, omdat er gemakkelijk turbulentie en schade aan het smeltbad kan ontstaan, waardoor het moeilijk wordt om het lasproces te stabiliseren.
De laserstraal wordt meestal scherpgesteld tijdens het lassen en er wordt meestal gekozen voor een lens met een brandpuntsafstand van 63 mm tot 254 mm (2,5″ tot 10″). De spotgrootte van de focus is recht evenredig met de brandpuntsafstand; een kortere brandpuntsafstand resulteert in een kleinere spot.
De brandpuntsafstand beïnvloedt echter ook de brandpuntsdiepte, die toeneemt met de brandpuntsafstand. Dit betekent dat een korte brandpuntsafstand de vermogensdichtheid verbetert, maar dat de afstand tussen de lens en het werkstuk nauwkeurig moet worden bijgehouden voor een goede penetratie.
Bij echt lassen is de kortste brandpuntsdiepte die wordt gebruikt meestal 126 mm (5″). Als een grotere lasnaad of meer laswerk nodig is, kan een lens met een brandpuntsafstand van 254 mm (10″) worden gekozen, maar dit vereist een hoger uitgangsvermogen van de laser voor het gewenste diep doordringende sleutelgateffect.
Voor laservermogens van meer dan 2kW, vooral voor CO2-lasers van 10,6 μm, wordt vaak de reflectiefocusmethode gebruikt, met gepolijste koperen spiegels als spiegels, om het risico van optische schade aan de focuslens te vermijden.
Koperen spiegels worden vaak aanbevolen voor hoog vermogen laserstraal focussen door effectieve koeling.
Bij laserlassen is de positie van het brandpunt cruciaal om voldoende vermogensdichtheid te garanderen. De variatie in de relatieve positie tussen het brandpunt en het werkstukoppervlak heeft een aanzienlijke invloed op de diepte en breedte van de las.
In de meeste laserlassenDe focus wordt meestal ingesteld op ongeveer een kwart van de vereiste penetratie onder het oppervlak van het werkstuk.
De uiteindelijke kwaliteit van de las bij het laserlassen van verschillende materialen wordt grotendeels bepaald door de positie van de laserstraal, waarbij stootnaden gevoeliger zijn dan overlapnaden.
Bij het lassen van een afgeschrikte stalen tandwiel op een vat van koolstofarm staal, zal een goede regeling van de laserstraalpositie resulteren in een las die voornamelijk bestaat uit koolstofarme componenten, die uitstekend bestand zijn tegen scheuren.
In bepaalde situaties vereist de geometrie van het te lassen werkstuk een afbuighoek voor de laserstraal. Als de afbuighoek tussen de straalas en het verbindingsvlak kleiner is dan 100 graden, dan is de absorptie van laser energie door het werkstuk blijft onaangetast.
Bij laser dieptelassen ontstaan kleine gaatjes, ongeacht de diepte van de las. Wanneer het lasproces is voltooid en de stroomschakelaar is uitgeschakeld, verschijnen er putjes aan het einde van de las.
Bovendien, als de nieuwe laserlaslaag de vorige las bedekt, kan overmatige absorptie van de laserstraal optreden, wat leidt tot oververhitting of porositeit in het laswerk.
Om deze problemen te voorkomen, kunnen de begin- en eindpunten van het vermogen worden geprogrammeerd voor instelbare begin- en eindtijden. Dit wordt bereikt door het startvermogen elektronisch snel te verhogen van nul tot de ingestelde vermogenswaarde en de lastijd aan te passen.
Ten slotte wordt het vermogen geleidelijk verlaagd van de ingestelde waarde naar nul aan het einde van het lassen.
Roestvrij staal optische vezel continu laserlassen (geschikt voor stomplassen van kleine platen met een dikte van 0,2-3 mm)
Het lasproces met hoge beeldverhouding wordt gekenmerkt door diepe en smalle lassen, die worden gevormd door een cilindrische dampholte met hoge temperatuur rond het werkstuk te leiden. Hierdoor wordt het gesmolten metaal rond de holte gevormd en breidt het zich uit naar het werkstuk.
Het lasproces vereist een minimale warmte-inbreng vanwege de hoge temperatuur binnen het kleine gat. Dit resulteert in een snel smeltproces en een lage warmte-inbreng op het werkstuk, wat leidt tot minimale thermische vervorming en een kleine warmte-beïnvloede zone.
De stoom op hoge temperatuur in het kleine gat bevordert het roeren van het lasbad en het ontsnappen van gas, wat resulteert in een dichte en penetrerende las zonder poriën. De snelle afkoelsnelheid na het lassen helpt de lasstructuur te verfijnen.
Voor het lasproces zijn geen elektroden of lasdraad nodig en de warmtebron is heet, wat leidt tot een verlaging van het onzuiverheidsgehalte en een verandering in de insluitingsgrootte en -verdeling in het smeltbad. Dit resulteert in een sterke en taaie las die minstens gelijk is aan of zelfs sterker is dan het moedermetaal.
Het kleine focuspunt van de laser zorgt voor een hoge nauwkeurigheid bij het positioneren van de las. De laseruitvoer heeft geen "traagheid" en kan snel gestopt en opnieuw gestart worden, waardoor hij ideaal is voor het lassen van complexe werkstukken met NC-straalbewegingstechnologie.
Het contactloze atmosfeerlasproces maakt gebruik van een fotonenbundel die energie levert aan het werkstuk zonder fysiek contact. Dit betekent dat er geen externe krachten op het werkstuk worden uitgeoefend en dat de laser niet wordt beïnvloed door magnetisme of lucht.
De gefocuste laser die gebruikt wordt bij laserlassen heeft een veel hogere vermogensdichtheid in vergelijking met conventionele methoden, waardoor hoge lassnelheden en minimale warmte beïnvloede zones en vervorming mogelijk zijn. Dit maakt het mogelijk om zelfs moeilijke materialen te lassen, zoals titanium.
De straal is eenvoudig te verzenden en te controleren, waardoor het laspistool en het mondstuk minder vaak vervangen hoeven te worden en er geen vacuümpomp nodig is voor elektronenbundellassen. Dit vermindert de stilstandtijd van de hulpapparatuur aanzienlijk en verhoogt de belastingsfactor en de productie-efficiëntie.
De zuivering en hoge koelsnelheid tijdens het laserlassen resulteren in hoge sterkte, taaiheid en uitgebreide eigenschappen van de las.
De lage gemiddelde warmte-inbreng en hoge bewerkingsnauwkeurigheid van laserlassen helpen de kosten van herbewerking te verlagen. Bovendien helpen de lage bedrijfskosten van laserlassen ook om de totale bewerkingskosten van het werkstuk te verlagen.
Laserlassen maakt effectieve controle van de straalintensiteit en fijne positionering mogelijk, waardoor het lasproces eenvoudig te automatiseren is.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 