Een gids voor de basisprincipes van laserlassen

Basisprincipes laserlassen

Laserlassen is een contactloos proces dat toegang tot de laszone vereist vanaf één kant van de te lassen onderdelen.

• De las wordt gevormd als het intense laserlicht het materiaal snel verwarmt, meestal berekend in milliseconden.

• Er zijn doorgaans drie soorten lassen:

– Geleidingsmodus.

– Geleiding/penetratie modus.

– Penetratie- of sleutelgatmodus.

• Lassen in geleidingsmodus wordt uitgevoerd met een lage energiedichtheid en vormt een ondiepe en brede lasklomp.

• Geleidings-/penetratiemodus vindt plaats bij gemiddelde energiedichtheid en vertoont meer penetratie dan geleidingsmodus.

• Het penetratie- of sleutelgatlassen wordt gekenmerkt door diepe smalle lassen.

– In deze modus vormt het laserlicht een filament van verdampt materiaal dat bekend staat als een "sleutelgat" dat zich in het materiaal uitstrekt en een kanaal vormt waardoor het laserlicht efficiënt in het materiaal wordt afgeleverd.

– Deze directe levering van energie in het materiaal is niet afhankelijk van geleiding om penetratie te bereiken, en minimaliseert zo de warmte in het materiaal en vermindert de door warmte aangetaste zone.

Geleidingslassen

• Geleidingsverbinding beschrijft een familie van processen waarin de laserstraal wordt gefocust:

– Om een ​​vermogensdichtheid te geven in de orde van 10³ Wmm⁻²

– Het versmelt materiaal om een ​​joint te creëren zonder noemenswaardige verdamping.

• Geleidingslassen heeft twee modi:

– Directe verwarming

– Energietransmissie.

Directe warmte

• Tijdens directe verwarming,

– de warmtestroom wordt geregeld door klassieke thermische geleiding van een oppervlaktewarmtebron en de las wordt gemaakt door delen van het basismateriaal te smelten.

• De eerste geleidingslassen werden gemaakt in het begin van de jaren zestig, waarbij gebruik werd gemaakt van gepulseerde robijn- en CO2-lasers met laag vermogen voor draadconnectoren.

• Geleidingslassen kunnen worden gemaakt in een breed scala aan metalen en legeringen in de vorm van draden en dunne platen in verschillende configuraties met behulp van.

– CO2, Nd:YAG en diodelasers met vermogensniveaus in de orde van tientallen watts.

– Directe verwarming door een CO2-laserstraal kan ook worden gebruikt voor lap- en stomplassen in polymeerplaten.

Transmissielassen

• Transmissielassen is een efficiënte manier om polymeren te verbinden die de nabij-infraroodstraling van Nd:YAG- en diodelasers doorlaten.

• De energie wordt geabsorbeerd door middel van nieuwe grensvlakabsorptiemethoden.

• Composieten kunnen worden samengevoegd op voorwaarde dat de thermische eigenschappen van de matrix en de wapening vergelijkbaar zijn.

• De energietransmissiemodus van conductielassen wordt gebruikt bij materialen die nabij-infraroodstraling doorlaten, met name polymeren.

• Op het grensvlak van een lapnaad wordt een absorberende inkt geplaatst. De inkt absorbeert de laserstraalenergie, die in een beperkte dikte van het omringende materiaal wordt geleid om een ​​gesmolten grensvlakfilm te vormen die stolt als de lasverbinding.

• Overlapverbindingen met dikke secties kunnen worden gemaakt zonder dat de buitenoppervlakken van de verbinding smelten.

• Stomplassen kunnen worden gemaakt door de energie onder een hoek door het materiaal naar de verbindingslijn te leiden aan één kant van de verbinding, of vanaf één uiteinde als het materiaal zeer doorlatend is.

Lasersolderen en solderen

• Bij lasersoldeer- en soldeerprocessen wordt de straal gebruikt om een ​​vulmiddel te smelten, waardoor de randen van de verbinding nat worden zonder dat het basismateriaal smelt.

• Lasersolderen begon in het begin van de jaren tachtig aan populariteit te winnen voor het verbinden van de draden van elektronische componenten door gaten in printplaten. De procesparameters worden bepaald door de materiaaleigenschappen.

Penetratie laserlassen

• Bij hoge vermogensdichtheden zullen alle materialen verdampen als de energie kan worden geabsorbeerd. Bij het lassen op deze manier wordt er dus meestal een gat gevormd door verdamping.

• Dit "gat" wordt dan door het materiaal gestoken met de gesmolten wanden erachter dicht.

• Het resultaat is wat bekend staat als een "sleutelgatlas". Deze wordt gekenmerkt door zijn parallelle zijdelingse smeltzone en smalle breedte.

Efficiëntie laserlassen

• Een term om dit concept van efficiëntie te definiëren staat bekend als de "joining efficiency".

• De verbindingsefficiëntie is geen echte efficiëntie omdat deze eenheden heeft van (mm2 samengevoegde /kJ geleverd).

– Rendement=V.t/P (het omgekeerde van de specifieke energie bij het snijden) waarbij V =verplaatsingssnelheid, mm/s; t =dikte gelast, mm; P =invallend vermogen, KW.

Deelnemen aan efficiëntie

• Hoe hoger de waarde van het verbindingsrendement, hoe minder energie er wordt besteed aan onnodige verwarming.

– Lagere door warmte aangetaste zone (HAZ).

– Minder vervorming.

• Weerstandslassen is in dit opzicht het meest efficiënt omdat de smelt- en HAZ-energie alleen wordt gegenereerd op de te lassen interface met hoge weerstand.

• Laser- en elektronenstraal hebben ook goede efficiënties en hoge vermogensdichtheden.

Procesvariaties

• Arc Augmented Laser Lassen.

– De boog van een TIG-toorts die dicht bij het interactiepunt van de laserstraal is gemonteerd, wordt automatisch vergrendeld op de door de laser gegenereerde hotspot.

– De temperatuur die nodig is voor dit fenomeen is ongeveer 300°C boven de omgevingstemperatuur.

– Het effect is ofwel het stabiliseren van een boog die onstabiel is vanwege zijn verplaatsingssnelheid of het verminderen van de weerstand van een boog die stabiel is.

– De vergrendeling gebeurt alleen bij bogen met een lage stroomsterkte en dus een langzame kathodestraal; dat wil zeggen, voor stromen van minder dan 80 A.

– De boog bevindt zich aan dezelfde kant van het werkstuk als de laser, wat een verdubbeling van de lassnelheid mogelijk maakt voor een bescheiden verhoging van de investeringskosten.

• Dubbelstraallaserlassen

– Als twee laserstralen tegelijkertijd worden gebruikt, is er de mogelijkheid om de lasbadgeometrie en de lasrupsvorm te regelen.

– Met behulp van twee elektronenstralen kan het sleutelgat worden gestabiliseerd, waardoor er minder golven op het smeltbad ontstaan ​​en een betere penetratie en rupsvorm ontstaat.

– Een combinatie van excimeer en CO2-laserstraal toonde aan dat een verbeterde koppeling voor het lassen van materialen met een hoge reflectiviteit, zoals aluminium of koper, kon worden verkregen.

– De verbeterde koppeling werd voornamelijk overwogen vanwege:

• de reflectiviteit veranderen door oppervlakterimpelingen veroorzaakt door de excimeer.

• een secundair effect dat ontstaat door koppeling via het door excimeer gegenereerde plasma.