Das Laserschweißen kann entweder mit kontinuierlichen oder gepulsten Laserstrahlen durchgeführt werden. Die Prinzipien des Laserschweißens werden im Allgemeinen in unterteiltWärmeleitungsschweißenUndLaser-Tiefschweißen.
Wenn die Laserleistungsdichte unter ca. liegt10⁴–10⁵ W/cm²Es kommt zum Wärmeleitungsschweißen. In diesem Modus ist die Schweißnahtdurchdringung gering und die Schweißgeschwindigkeit relativ langsam.
Wenn die Leistungsdichte ca. übersteigt10⁵–10⁷ W/cm², die Metalloberfläche wird schnell erhitzt und niedergedrückt, um eine zu bilden"Schlüsselloch", was zu einem Tiefschweißen führt. Dieser Prozess zeichnet sich durch eine hohe Schweißgeschwindigkeit und ein großes Verhältnis von Tiefe zu Breite aus.
1. Prinzip des Wärmeleitungslaserschweißens
Beim Wärmeleitungsschweißen erhitzt Laserstrahlung die Oberfläche des Werkstücks. Die Wärme diffundiert dann durch Wärmeleitung in das Material. Durch die präzise Steuerung von Laserparametern wie Impulsbreite, Energie, Spitzenleistung und Wiederholungsfrequenz wird das Material geschmolzen, um ein kontrolliertes Schmelzbad zu bilden und eine Schweißung zu erreichen.
2. Laser-Tiefschweißen (Schlüssellochschweißen)
Laserschweißmaschinen, die für Anwendungen wie das Zahnradschweißen und das metallurgische Dünnblechschweißen eingesetzt werden, basieren hauptsächlich auf dem Lasertiefschweißen.
Beim Tiefschweißen werden Materialien üblicherweise mit einem kontinuierlichen Laserstrahl verbunden. Sein metallurgischer und physikalischer Prozess ist dem Elektronenstrahlschweißen sehr ähnlich. Der Energieumwandlungsmechanismus wird erreicht durch aSchlüssellochstruktur (Schlüssellocheffekt)..
Bei ausreichend hoher Laserleistungsdichte verdampft das Material an der Oberfläche und bildet ein Schlüsselloch. Dieser dampfgefüllte Hohlraum verhält sich wie ein schwarzer Körper und absorbiert nahezu die gesamte einfallende Laserenergie. Die Gleichgewichtstemperatur im Inneren des Schlüssellochs kann ungefähr erreichen2500 Grad[1]. Anschließend wird die Wärme von den Hochtemperatur-Hohlraumwänden nach außen geleitet, wodurch das umgebende Metall schmilzt.
Das Schlüsselloch ist mit Hochtemperatur-Metalldampf gefüllt, der kontinuierlich durch Verdampfung unter Laserbestrahlung erzeugt wird. Das geschmolzene Metall umgibt das Schlüsselloch, während festes Metall außerhalb der geschmolzenen Zone verbleibt. (Bei den meisten konventionellen Schweißverfahren und beim Laser-Wärmeleitungsschweißen wird Energie zunächst an der Oberfläche absorbiert und dann nach innen übertragen.)
Außerhalb des Schlüssellochs bleiben der Fluss des geschmolzenen Metalls, die Oberflächenspannung und der Dampfdruck innerhalb des Hohlraums im dynamischen Gleichgewicht. Da sich der Laserstrahl kontinuierlich vorwärts bewegt, bleibt das Schlüsselloch stabil und bewegt sich mit dem Strahl. Das geschmolzene Metall umströmt kontinuierlich das Schlüsselloch und füllt den zurückgebliebenen Hohlraum, verfestigt sich beim Abkühlen und bildet die Schweißnaht.
Dieser gesamte Prozess läuft extrem schnell ab, so dass Schweißgeschwindigkeiten problemlos mehrere Meter pro Minute erreichen können.
