Laser Welding Basics
Laserlassen is in kontaktloos proses dat tagong fereasket ta de lasône fan ien kant fan 'e ûnderdielen dy't lassen wurde.
• De lasnaad wurdt foarme as it intense laserljocht it materiaal rap ferwaarme - typysk berekkene yn millisekonden.
• Der binne typysk 3 soarten lassen:
- Geliedingsmodus.
– Geliedings-/penetraasjemodus.
– Penetraasje- of kaaisgatmodus.
• Lassen yn geliedingsmodus wurdt útfierd by lege enerzjytichtens, wêrtroch in lasnugget foarmet dat ûndjip en breed is.
• Geliedings-/penetraasjemodus komt foar by middelgrutte enerzjytichtens, en lit mear penetraasje sjen as geliedingsmodus.
• It penetraasje- of kaaisgatmoduslassen wurdt karakterisearre troch djippe smelle lassen.
– Yn dizze modus foarmet it laserljocht in filament fan ferdampt materiaal, bekend as in "kaaisgat" dat yn it materiaal útrint en in lieding biedt foar it laserljocht om effisjint yn it materiaal te wurden levere.
– Dizze direkte levering fan enerzjy yn it materiaal is net ôfhinklik fan gelieding om penetraasje te berikken, en minimalisearret sa de waarmte yn it materiaal en ferminderet de waarmte-beynfloede sône.
Geleiding Welding
• Geliedingsferbining beskriuwt in famylje fan prosessen wêrby't de laserstraal fokussearre wurdt:
– Om in krêftdichtheid te jaan yn 'e oarder fan 10³ Wmm⁻²
– It fusearret materiaal om in ferbining te meitsjen sûnder wichtige ferdamping.
• Geliedingslassen hat 2 modi:
– Direkte ferwaarming
- Enerzjy-oerdracht.
Direkte waarmte
• Tidens direkte ferwaarming,
– waarmtestream wurdt regele troch klassike termyske gelieding fan in oerflakwaarmteboarne en de las wurdt makke troch dielen fan it basismateriaal te smelten.
• De earste geliedingslassen waarden makke yn 'e iere jierren '1, brûkten leechfermogen pulsearre robijn en CO2 lasers foar triedferbiningen.
• Geliedingslassen kinne makke wurde yn in breed skala oan metalen en legeringen yn 'e foarm fan triedden en tinne platen yn ferskate konfiguraasjes mei help fan.
- CO2 , Nd:YAG en diodelasers mei krêftnivo's yn 'e oarder fan tsientallen watt.
- Direkte ferwaarming troch in CO2 Laserstraal kin ek brûkt wurde foar oerlap- en stomplassen yn polymeerplaten.
Transmisjelassen
• Transmisjelassen is in effisjinte manier om polymearen te ferbinen dy't de tichtby-ynfrareade strieling fan Nd:YAG- en diodelasers trochlitte.
• De enerzjy wurdt opnommen troch nije metoaden foar ynterfaciale absorpsje.
• Kompositen kinne gearfoege wurde mits de termyske eigenskippen fan 'e matriks en fersterking fergelykber binne.
• De enerzjy-oerdrachtmodus fan geliedingslassen wurdt brûkt mei materialen dy't tichtby ynfrareade strieling trochjaan, benammen polymearen.
• In absorberende inket wurdt pleatst op it ynterface fan in oerlapferbining. De inket absorbearret de enerzjy fan 'e laserstriel, dy't yn in beheinde dikte fan omlizzende materiaal wurdt laat om in smelte ynterfacefilm te foarmjen dy't stollet as de laske ferbining.
• Dikke oerlapferbiningen kinne makke wurde sûnder de bûtenste oerflakken fan 'e ferbining te smelten.
• Stomplassen kinne makke wurde troch de enerzjy ûnder in hoeke nei de ferbiningsline te rjochtsjen troch materiaal oan ien kant fan 'e ferbining, of fan ien ein as it materiaal tige trochlaatber is.
Lasersolderen en solderen
• Yn 'e lasersoldeer- en hardsoldeerprosessen wurdt de striel brûkt om in fillertafoeging te smelten, dy't de rânen fan 'e ferbining wiet makket sûnder it basismateriaal te smelten.
• Lasersoldering begon yn 'e iere jierren '1980 oan populariteit te winnen foar it ferbinen fan 'e liedingen fan elektroanyske komponinten troch gatten yn printplaten. De prosesparameters wurde bepaald troch de materiaaleigenskippen.
Penetraasjelaserlassen
• By hege krêftdichtheden sille alle materialen ferdampe as de enerzjy opnommen wurde kin. Sa wurdt by it lassen op dizze manier meastentiids in gat foarme troch ferdamping.
• Dit "gat" wurdt dan troch it materiaal hinne brocht mei de smelte muorren dy't derachter ôfslute.
• It resultaat is wat bekend stiet as in "kaaisgatlas". Dit wurdt karakterisearre troch syn parallelsidige smeltsône en smelle breedte.
Laserwelding-effisjinsje
• In term om dit konsept fan effisjinsje te definiearjen is bekend as de "gearfoegjende effisjinsje".
• De ferbiningseffisjinsje is gjin wiere effisjinsje, om't it ienheden hat fan (mm2 ferbûn /kJ levere).
– Effisjinsje = Vt/P (de omkearde fan 'e spesifike enerzjy by it snijden) wêrby't V = traversesnelheid, mm/s; t = lasdikte, mm; P = ynfalfermogen, kW.
Effisjinsje fan oansluting
• Hoe heger de wearde fan 'e ferbiningseffisjinsje, hoe minder enerzjy der bestege wurdt oan ûnnedige ferwaarming.
– Legere waarmte-beynfloede sône (HAZ).
- Legere ferfoarming.
• Wjerstânslassen is yn dit opsicht it effisjintst, om't de fusje- en HAZ-enerzjy allinich generearre wurdt by it ynterface mei hege wjerstân dat lassen wurde moat.
• Laser- en elektronenstriel hawwe ek goede effisjinsjes en hege krêftdichtheden.
Prosesfarianten
• Bôge-fergrutte laserlassen.
– De bôge fan in TIG-brâner dy't tichtby it ynteraksjepunt fan 'e laserstriel monteard is, sil automatysk fêstsitte op 'e laser-generearre hotspot.
– De temperatuer dy't nedich is foar dit ferskynsel is sawat 300 °C boppe de omjouwingstemperatuer.
– It effekt is of om in bôge te stabilisearjen dy't ynstabyl is fanwegen syn traversesnelheid of om de wjerstân fan in bôge dy't stabyl is te ferminderjen.
– It blokkearjen bart allinnich foar bôgen mei in lege stroom en dêrom in stadige katodestraal; dat is, foar streamingen minder as 80A.
– De bôge is oan deselde kant fan it wurkstik as de laser, wat it mooglik makket om de lassnelheid te ferdûbeljen foar in beskieden ferheging fan 'e kapitaalkosten.
• Twillingbeamlaserlassen
– As 2 laserstrielen tagelyk brûkt wurde, dan is it mooglik om de geometry fan it lasbad en de foarm fan 'e laskraal te kontrolearjen.
– Mei help fan 2 elektronenstrielen koe it kaaisgat stabilisearre wurde, wêrtroch't minder weagen op it lasbad ûntstiene en in bettere penetraasje en kraalfoarm ûntstienen.
– In eksimer en CO2 In kombinaasje fan laserstrielen liet sjen dat ferbettere koppeling foar it lassen fan materialen mei hege reflektiviteit, lykas aluminium of koper, koe wurde krigen.
– De ferbettere koppeling waard benammen beskôge as gefolch fan:
• it feroarjen fan 'e reflektiviteit troch oerflakrimpeling feroarsake troch de eksimer.
• in sekundêr effekt dat ûntstiet troch koppeling fia it troch it excimer generearre plasma.
