Faserlaserschweißen vs. CO2-Laserschweißen: Was ist besser? | MaschineMFG

Faserlaserschweißen vs. CO2-Laserschweißen: Was ist besser?

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Der Hauptunterschied zwischen Faserlaser- und CO2-Laserschweißen liegt in der Absorptionsrate der Laserenergie.

(1) Der Faserlaser hat eine kürzere Wellenlänge, was zu einer geringeren Plasmaproduktion und einer höheren Energiedichte führt, die stärker konzentriert ist. Dies bedeutet jedoch auch eine höhere Ausnutzung der Laserenergie und einen größeren Rückstoßdruck des Metalldampfes, was die Suche nach einem Gleichgewicht zwischen Eindringen und Nicht-Eindringen erschwert.

(2) Andererseits ist das CO2 Laserschweißen hat eine höhere Wärmeleitungsverlustleistung, was zu einem größeren Neigungswinkel der Vorderwand des kleinen Lochs und einer größeren Menge an Plasmaproduktion führt. Dies trägt zum Ausgleich und zur Anpassung der Verteilung und Absorption des Lasers Energie, wodurch das Prozessfenster zwischen Durchdringung und Nicht-Durchdringung größer wird.

Die Referenzen sind wie folgt:

  • FaserlaserWellenlänge 1,06 μm, Punktdurchmesser 0,6 mm
  • CO2-Laser: Wellenlänge 1,06 μm, Punktdurchmesser 0,86mm

Die Bildung von Schweißnähten unterscheidet sich stark zwischen Faserlaser und CO2 Laserschweißen. Die Forschung legt nahe, dass diese Unterschiede auf die Kopplungseigenschaften zwischen den Laserwellenlängen und den zu schweißenden Materialien zurückzuführen sind.

Unter LaserschweißenDie Stärke der Kopplung zwischen dem Laser und dem Material kann anhand der Schmelzleistung bewertet werden.

Ein Vergleich der Schmelzleistung von Faserlaser und CO2 Laserschweißen ist unten angegeben.

Zur Berechnung des Schmelzwirkungsgrades wird die Querschnittsfläche der Schweißnaht herangezogen. Die Ergebnisse der Berechnung sind in der nebenstehenden Abbildung dargestellt.

Schmelzleistung

Die Schmelzleistung sowohl des Faserlasers als auch des CO2 Laserschweißen steigt zunächst an, bevor sie mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit abnimmt. Der Spitzenschmelzwirkungsgrad für Faserlaserschweißen erfolgt bei einer Geschwindigkeit von ca. 10 m/min, während beim CO2-Laserschweißen eine Geschwindigkeit von ca. 4 m/min erreicht wird.

Die Beziehung zwischen Schmelzleistung und Schweißgeschwindigkeit hängt mit dem Energiekopplungsverhalten beim Laserschweißen zusammen.

Nach dem Prinzip der Energieerhaltung lässt sich das Gesamtabsorptionsvermögen (AK) des Tiefbohrlochs unter dem Einfluss des einfallenden Lasers wie folgt ausdrücken:

AK=(PF+ PEY+Po+ PL)/P

In der Gleichung ist PEV steht für die Leistung, die für die partielle Metallverdampfung während des Schweißens erforderlich ist, Po die durch die Überhitzung des geschmolzenen Schmelzbades verbrauchte Leistung darstellt und PL steht für die durch Wärmeleitung verlorene Leistung.

Forschungsergebnissen zufolge ist die Masse der Laserschweißverdampfung (MeV) sehr gering und kann daher in der Gleichung vernachlässigt werden.

Das Variationsmuster der Überhitzungsleistung des Schmelzbades (Po) mit der Schweißgeschwindigkeit ist ähnlich wie der Schmelzwirkungsgrad, aber der Anteil der Überhitzungsleistung an der gesamten Laserausgangsleistung ist relativ gering.

Überhitzungsleistung im Laser

Ein Teil der Wärmeableitungsleistung (PL), der die Schmelzfront durchläuft, wird zum Schmelzen der Platte verwendet, während der Rest durch Wärmeleitung an das Grundmetall verloren geht.

Die durch Wärmeleitung über die Schmelzfront verlorene Leistung kann wie folgt ausgedrückt werden:

Leistungsverlust durch Wärmeleitung durch die Schmelzfront

In der Gleichung ist 2r0 steht für die Breite der Schweißnaht und S für die Querschnittsfläche der Schweißnaht.

Die Beziehung zwischen PL und die Schweißgeschwindigkeit können bestimmt werden, indem das Querschnittsprodukt und die Schmelzbreite der Schweißnaht, die in Versuchen gemessen wurden, in die obige Formel eingesetzt werden. Dies ist in der nebenstehenden Abbildung dargestellt.

Wie in der Abbildung zu sehen ist, nimmt die durch Wärmeleitung verlorene Leistung mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit ab. Dieser Rückgang ist bei niedrigen Schweißgeschwindigkeiten ausgeprägter und wird bei höheren Schweißgeschwindigkeiten weniger bedeutend.

Die Wärmeleitungsverlustleistung nimmt mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit ab.

Die Beziehung zwischen der Gesamtabsorptionsfähigkeit (AK) des Tiefbohrlochs und der Schweißgeschwindigkeit für beide Faserlaser und CO2 Das Laserschweißen ist in der nebenstehenden Abbildung dargestellt.

Wie die Abbildung zeigt, ist die Veränderung der Gesamtabsorptionsfähigkeit mit der Schweißgeschwindigkeit für die beiden Laserschweißverfahren ähnlich, wobei sie zunächst langsam und dann schnell abnimmt.

Die kritische Geschwindigkeit, bei der dieser Übergang von einer langsamen zu einer raschen Abnahme erfolgt, ist jedoch für jede LaserschweißverfahrenBeim Faserlaserschweißen liegt sie bei 10 m/min, beim CO-Schweißen bei 4 m/min.2 Laserschweißen.

Die Unterschiede in der Gesamtabsorptionsrate zwischen den beiden Laserschweißverfahren hängen mit dem Ausmaß zusammen, in dem der gesamte Laserstrahl in die Tiefbohrung eindringt. Wenn die Schweißgeschwindigkeit niedrig ist, kann der Laserstrahl vollständig in die Tiefbohrung eindringen, was sich weniger stark auf die Gesamtabsorptionsrate auswirkt.

Bei höheren Schweißgeschwindigkeiten ist der vordere Teil des Strahls jedoch möglicherweise nicht mehr in der Lage, den vorderen Punkt der kleinen Öffnung zu verdampfen, so dass er nicht mehr in das Loch eindringen kann und die Gesamtabsorptionsrate des einfallenden Lasers schnell abnimmt.

Schweißgeschwindigkeit

Schlussfolgerung

Das Gesamtabsorptionsvermögen und die Wärmeleitungsverlustleistung sind die wichtigsten Faktoren, die die Schmelzleistung beeinflussen. Auf der Grundlage des Schmelzwirkungsgrads kann geschlossen werden, dass Faserlaser Schweißen eignet sich besser für das Schweißen mit mittlerer bis hoher Geschwindigkeit, wenn der Schweißprozess ansonsten ähnlich ist, während CO2 Das Laserschweißen ist besser für das Schweißen mit niedriger Geschwindigkeit geeignet.

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2 Kommentare zu „Fiber Laser Welding vs. CO2 Laser Welding: Which is Better?“

  1. Schöne Details zum Faserlaserschweißen.
    Dennoch glaube ich, dass Schutzgase eine wichtige Rolle spielen.
    In pentration
    Hochgeschwindigkeits-Laserschweißen ist nach wie vor eine typische Aufgabe.

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