Egal, ob Sie Ihr Schweißgeschäft aufrüsten oder einen völlig neuen Betrieb gründen möchten, dieser Leitfaden hilft Ihnen bei der Auswahl der richtigen Faserlaser-Schweißmaschine. Hier haben wir die wesentlichen Faktoren zusammengestellt, die Sie auf der Grundlage wissenschaftlicher Untersuchungen und Markttrends berücksichtigen sollten. Lass uns anfangen.
Was ist Faserlaserschweißen?
Faserlaserschweißgerät verwendet optische Fasern, die mit seltenen Erdmetallen wie Ytterbium und Neodym dotiert sind, um den Laserstrahl zu erzeugen (und zu übertragen). Der Laserstrahl kann Temperaturen von bis zu 3000 ℃ (5432 ℉) erreichen. Diese hohe Temperatur schmilzt das Grundmetall und verschmilzt die beiden Teile. Faserlaser sind eine moderne Technologie und eine Weiterentwicklung älterer CO2-, dotierter und Nd:YAG-Lasermaschinen.
Diese modernen Maschinen bieten viel Flexibilität beim Schweißen. Per Knopfdruck lassen sich die Einstellungen an unterschiedliche Materialien und Schweißverbindungen anpassen. Faserlaser erleichtern auch das Schweißen anspruchsvoller Schweißpositionen. Darüber hinaus sind diese Maschinen schneller, besser und leistungsstärker als andere Schweißmaschinen. Laserstrahlung ist schädlich für das menschliche Auge, daher ist ein angemessener Schutz erforderlich.
Wie funktioniert das Faserlaserschweißen?
Faserlaser-Schweißmaschinen haben verschiedene Arbeitskomponenten. Nehmen wir als Beispiel eine automatische 2-kW-Faserlasermaschine. Die Hauptteile der Schweißmaschine sind das Bedienfeld, die Laserstrahlquelle, das Arbeitsbett, das Portalsystem und der Laserkopf. Zusätzliche Laserschweißausrüstung umfasst Gasflaschen für Schutzgas.
Wie herkömmliche Verfahren nutzen Faserlaser die Wärmeenergie eines Laserstrahls, um zwei unedle Metalle zu verschmelzen. Dann wird der Zusatzdraht bei Bedarf verwendet, um solide Schweißverbindungen herzustellen.
Der Wärmeeintrag beim Laserschweißen hängt von drei entscheidenden Faktoren ab: der Absorptionsrate, der Leistungsabgabe und der Schweißgeschwindigkeit. Die Absorptionsrate gibt an, wie viel Laserenergie vom Material absorbiert wird. Dies hängt von der Wellenlänge des Lasers und den Materialeigenschaften ab. Dies sind inhärente Eigenschaften und können nicht geändert werden. Für eine bessere Schweißqualität können Sie jedoch die Laserleistung und die Schweißgeschwindigkeit anpassen.
Faserlaser haben drei verschiedene Modi. Dies sind Konduktions-, Übergangs- und Stichlochschweißen. Beim Konduktionsschweißen erhitzt ein Laserstrahl mit geringerer Leistungsdichte die Oberfläche des Grundmetalls und es kommt zu einer Verschmelzung. Die Einschweißtiefe ist nicht tief. In diesem Fall beträgt die Leistungsabgabe 105 W/cm^2.
Für stärkere Schweißnähte Schlüssellochschweißen Modus verwendet wird. Hier schmilzt und verdampft ein Strahl mit hoher Leistungsdichte die Oberfläche und erzeugt am Ausgangspunkt einen Hohlraum (Schlüsselloch). Während sich der Laser (oder das Werkstück) bewegt, füllt geschmolzenes Metall den Hohlraum hinter dem Laser und erzeugt eine perfekte Schweißnaht. Dadurch wird eine tiefe Durchschweißung gewährleistet.
Vorteile des Faserlaserschweißens gegenüber herkömmlichen Methoden?
Der Marktanteil der Lasertechnologie steigt jeden Tag, da immer mehr Branchen diese moderne Technologie übernehmen. Laut einer Wirtschaftsbericht, Laser tragen mittlerweile 11 Milliarden Dollar zur Herstellung bei. Und es nimmt kontinuierlich zu. Das ist kein Zufall.
Hier sind einige Vorteile des Laserschweißens Das kann Ihr Unternehmen zu neuen Höhen führen.
Komplexe Schweißnähte
Mit dem Laserschweißen können Sie Schweißarbeiten durchführen komplexe Gelenke. Außerdem eignet sich diese Art des Schweißens für jede Schweißposition. Es eignet sich auch für komplexe Prototypen. Herkömmliches Schweißen kann nicht schnell an unkonventionelle Designs angepasst werden. Laser hingegen können sich mit minimalen Anpassungen schnell anpassen.
Material Vielseitigkeit
Die große Materialkompatibilität ist eine der größten Stärken der Lasertechnologie. Mit diesen Maschinen können Sie Metalle, Nichtmetalle, Verbundwerkstoffe, organische Materialien und Thermoplaste schweißen. Darüber hinaus können auch unterschiedliche Materialien geschweißt werden. Das ist etwas noch nie Dagewesenes. Herkömmliche Methoden eignen sich nur für eine bestimmte Materialgruppe.
Genauigkeit und Präzision
Die Fähigkeit von Lasern, auf Mikroebene zu fokussieren, macht sie phänomenal. Das Laserschweißen kann auf einen Punkt von nur 0.2 mm abzielen. Darüber hinaus weist das Laserschweißen im Vergleich zu älteren Technologien die geringsten Toleranzen auf.
Auch die Materialstärke spielt keine Rolle, da durch das Laserschweißen problemlos tiefe Eindringtiefen für saubere Schweißnähte erzeugt werden können. Darüber hinaus können Faserlaser problemlos eine Schweißgeschwindigkeit von 16 mm/s (und mehr) erreichen, was in der Vergangenheit schwierig war.
Niedriger Fußabdruck
Laut eine Studie Laut einer von der Technischen Universität Lissabon durchgeführten Studie sind Faserlaser im Vergleich zu herkömmlichen Lasermaschinen auch kompakt. Eine 4-kW-Faserlasermaschine hat nur eine Grundfläche von 0.5 m^2 im Vergleich zu einem Nd:YAG-Laser, der bei gleicher Leistung 11 m^2 hat. Faserlasermaschinen haben außerdem einen geringen Wartungsaufwand.
Umfangreiche Anwendung
Laserschweißen hat weitreichende Anwendungen in der Fertigungsindustrie. Da die Lasertechnologie immer besser wird, gibt es kaum eine Branche, die nicht von ihrer großartigen Leistung berührt wird. Zu den wichtigsten Sektoren gehören Automobil, Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, Bauwesen und Geräteherstellung.
Das Laserschweißen eignet sich sowohl für das Punkt- als auch für das Endlosschweißen. Außerdem ist zum Punktschweißen kein Zugang zu zwei Seiten des Materials erforderlich, wie dies bei der herkömmlichen Methode der Fall ist.
Geringere Verzerrungen
Laser erzeugen kleinere Wärmeeinflusszonen. Denn Laser können genau lokalisieren, wo die Wärme zugeführt werden muss, ohne Energie zu verschwenden.
Das Grundmetall schmilzt und verschmilzt, die umliegenden Bereiche bleiben jedoch unberührt. Schutzgas hilft auch dabei, die Schweißnähte abzukühlen. Dadurch wird der Verzug in der Grundplatte deutlich reduziert. Dadurch werden die Gesamtkosten der Behebung gesenkt.
Einfach zu meistern
Herkömmliche Methoden wie Wolfram-Inertgas- (WIG) und Metall-Inertgas- (MIG) Schweißen brauchten Jahre, um das Handwerk zu perfektionieren. Beim modernen Laserschweißen ist das jedoch nicht der Fall. Mit wenigen Schulungen beherrscht der Laserschweißer diese Schweißtechnik.
Zu berücksichtigende Faktoren beim Kauf einer Faserlaser-Schweißmaschine
Das Einrichten eines Laserschweißsystems kann zunächst ein entmutigender Prozess sein. Daher müssen Sie diese wichtigen Faktoren berücksichtigen, bevor Sie Ihr erstes Laserschweißgerät kaufen.
1. Arten von Laserschweißgeräten
Bevor Sie in Ihr erstes Projekt investieren, müssen Sie zunächst verschiedene Arten von Laserschweißtechnologien verstehen. Jede Art von Lasermaschine hat eine spezifische Eigenschaft und wird nach der Laserquelle kategorisiert. Mach dir keine Sorgen. Ich werde versuchen, die Dinge so einfach wie möglich zu halten.
Gaslaserschweißen
Bei dieser Art des Schweißens wird der Laser erzeugt, wenn eine elektrische Ladung in eine mit Kohlendioxidgas gefüllte Kammer geleitet wird. Der Strom regt die Atome an, die dadurch Energie in Form von Licht und Wärme freisetzen.
Die Verwendung von speziellen Linsen und Spiegeln verstärkt es dann. Schließlich wird der resultierende Laser zum Schweißen verwendet.
Festkörperschweißen
Wenn ein Laser unter Verwendung eines Kristalls (Festkörpermediums) erzeugt wird, handelt es sich in den meisten Fällen um „Neodym-dotierten Yttrium-Aluminium-Granat; „Nd: Y3Al5O12“, es soll ein sein Festkörperlaser. Anschließend wird es mithilfe spezieller Linsen und Kristallstäbe verstärkt und übertragen. Daher ist sie am häufigsten als Nd:YAG-Lasertechnologie bekannt.
Faserlaserschweißen
Das Faserlaserschweißen ist eine relativ neue Technologie. Für die Lasererzeugung und -übertragung werden (meistens) mit Ytterbium Yb3+ dotierte optische Fasern verwendet. Darüber hinaus sind diese Maschinen kompakter, da optische Fasern ziemlich flexibel sind.
Die Überlegenheit des Faserlaserschweißens
Eine Studie zu Laserschweißmaschinen ergab, dass eine CO2-Maschine mit höherer Leistung bei gleicher Schweißgeschwindigkeit eine geringere Schweißdurchdringung erzeugte als eine Nd:YAG-Maschine mit etwas geringerer Leistung.
Außerdem ist die Wellenlänge von Faserlasern kürzer als die von CO2-Lasern. Dies bedeutet, dass Faserlaser eine verbesserte Laserabsorption aufweisen, die zu einer tieferen Schweißnahtdurchdringung führen kann, insbesondere bei reflektierenden Materialien wie Aluminium und Weichstahl.
Darüber hinaus haben Faserlaser eine bessere Strahlqualität als YAG-Laser. Das Faserlaserschweißen vereint die Vorteile von CO2- und YAG-Lasern und bietet eine bessere Leistung. Einen Vergleich dieser drei Laser finden Sie hier Dieser Artikel.
Gepulstes und kontinuierliches Laserschweißen
Puls- und kontinuierliche Laserschweißtechnik sind weitere Sortierungen der Maschinen.
Wenn der Laserstrahl in Energiepakete aufgeteilt wird, spricht man von Laserpulsen. Nd: YAG-Laserschweißmaschinen verwenden hauptsächlich gepulste Strahlen. Solche Strahlen können Energien mit höherer Spitzenintensität erzeugen, die sich perfekt für das Punktschweißen eignen.
Wenn ein Laserstrahl in einem kontinuierlichen Strom fließt, spricht man von der Continuous-Wave-Technologie (CW). Das Faserlaserschweißen kann gepulst oder kontinuierlich erfolgen. CW-Faserlaser sind jedoch vielseitig und können schneller schweißen.
2. Materialverträglichkeit
Erstellen Sie zweitens eine Liste der Materialien, mit denen Sie arbeiten möchten. Laserschweißen ist vielseitig und kann Metalle, Verbundwerkstoffe und Thermoplaste schweißen. Ein weiterer Faktor, der ins Spiel kommt, ist die Reflektivität von Metall. Glänzende Oberflächen reflektieren den Laser und führen zu Energieverlust. Glücklicherweise entwickelt sich das Laserschweißen weiter und verschiedene Schweißmaschinen decken ein breites Spektrum an Materialien ab.
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Kompatibilität |
Werkstoff |
Faserlaser |
CO2 Laser |
Nd:YAG-Laser |
|---|---|---|---|---|
|
Metallindustrie |
Aluminium |
Beste |
Konservativ |
Beste |
|
Messing |
Beste |
Niedrig |
Konservativ |
|
|
Kupfer |
Beste |
Niedrig |
Konservativ |
|
|
Baustahl |
Beste |
Beste |
Beste |
|
|
Gold |
Beste |
Konservativ |
Konservativ |
|
|
Silber |
Beste |
Konservativ |
Konservativ |
|
|
Edelstahl |
Beste |
Beste |
Beste |
|
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Nichtmetalle |
Acryl |
Konservativ |
Beste |
Niedrig |
|
Stoff |
Niedrig |
Niedrig |
Niedrig |
|
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Keramik |
Konservativ |
Beste |
Konservativ |
|
|
Leder |
Konservativ |
Beste |
Konservativ |
|
|
Gummi |
Konservativ |
Beste |
Niedrig |
|
|
Holz |
Konservativ |
Beste |
Niedrig |
|
|
Thermoplaste |
Kunststoffe |
Konservativ |
Beste |
Niedrig |
|
Composite |
Konservativ |
Beste |
Konservativ |
Das richtige Schutzgas macht den Schweißprozess umso effizienter. Außerdem ist Argon die beste Wahl, dann kommen Stickstoff und Helium.
3. Schweißkompatibilität
Unterschiedliche Schweißgeräte erfüllen unterschiedliche Funktionen. Nd: YAG eignet sich am besten für einige Anwendungen, während Faserlaser für andere besser abschneiden. Lassen Sie uns die Anwendung jedes Schweißgerätetyps separat besprechen.
Faserlaser
Diese Schweißmaschinen eignen sich am besten für die Bearbeitung dünner und dicker Bleche. Darüber hinaus bieten Faserlaser einen Wall-Plug-Wirkungsgrad (WPE) von 30 %, was unter allen anderen Lasertechnologien der beste ist. Dies führt zu einer tieferen Schlüssellocheindringung und höheren Schweißgeschwindigkeiten.
CO2 Laser
Diese Schweißmaschinen eignen sich, wenn Sie dicke Metallteile schweißen möchten. Einige Nichtmetalle reagieren jedoch am besten auf die Wellenlänge von CO2-Lasern. Ihr Gesamtwirkungsgrad (WPE) beträgt 5-10 %.
Nd: YAG-Laser
Diese Schweißgeräte eignen sich am besten zum Schweißen von Baustahl. Es wird auch zum Schweißen von versteiften Paneelen verwendet Schiffbauindustrie. Es bietet höhere Schweißgeschwindigkeiten von 16 mm/s bei einer Leistung von mehr als 2 kW. Allerdings ist die Effizienz dieser Maschinen etwas geringer als bei CO2-Lasern.
4. Industrieanwendung
Unabhängig davon, ob Sie die Gründung einer kleinen oder großen Fertigungsindustrie planen, müssen Sie zwischen diesen Typen wählen.
Hand-Laserschweißmaschine
Typischerweise für kleine und mittlere Industrien geeignet. Handschweißgeräte sind kompakte, halbautomatische Handschweißgeräte. Das Laserschweißen ist im Vergleich zum WIG- und MIG-Schweißen einfacher zu beherrschen. Es eignet sich für Reparaturarbeiten und mittelgroße Produktionen. Sie können es entweder zum Punktschweißen oder zum kontinuierlichen Schweißen von Nähten verwenden.
Roboterschweißen
Roboter-Laserschweißmaschinen Verwenden Sie computergesteuerte Roboterarme, um sich im dreidimensionalen Raum zu bewegen. Daher eignen sie sich nur für Großindustrien mit hohem Budget und Arbeitsaufwand.
Ein anderer Typ sind Laserschweißmaschinen im CNC-Stil, die große Materialplatten aufnehmen und daran arbeiten. Diese Maschinen verwenden ein Portalsystem, und das Schweißen erfolgt im zweidimensionalen Raum
5. Laserleistung, Geschwindigkeit und Frequenz
Denken Sie an die wichtigsten Parameter, was sie bedeuten und wie sie den Schweißprozess beeinflussen, bevor Sie sich für das Laserschweißgerät entscheiden.
Zuerst ist die Laserleistung. Für kontinuierliches Schweißen sollten Sie nach einer Maschine mit mindestens 1 KW bis 2 KW suchen. Für kleinere Arbeiten reicht ein Schweißgerät mit einer Leistung von 1000 W (oder weniger) aus.
Zweitens werden für effizientes Schweißen eine moderate Laserfrequenz (Puls pro Sekunde – Hertz) und eine höhere Leistung bevorzugt. Faserlaser und Nd:YAG-Laser bieten die beste Schweißgeschwindigkeit. Die Impulsbreite ist ein weiterer entscheidender Faktor, der das Schmelzen des Materials und das Eindringen in das Schlüsselloch bestimmt.
6. Zusatzwerkstoff beim Laserschweißen
Typischerweise wird beim Laserschweißen Wärme verwendet, um zwei Grundmaterialien zu verschmelzen. Aber wie bei herkömmlichen Verfahren können auch beim Laserschweißen Zusatzwerkstoffe verwendet werden. Die meisten Laserschweißmaschinen sind mit beiden Optionen ausgestattet. Zusatzwerkstoffe kommen meist dann zum Einsatz, wenn der Abstand zwischen den Werkstücken zu groß ist.
7. Configuration
Die Lasermaschine sollte Ihre Arbeitsbelastung, Materialbearbeitung und Arbeitsgeometrie ergänzen. Die Konfiguration bezieht sich entweder auf manuelle oder halbautomatische und automatische Laserschweißmaschinen.
Manuelle Maschinen funktionieren am besten in der Kleinserienfertigung. Im Gegensatz dazu bringen Halbautomaten und Automaten in der Großproduktion größere Gewinne. Automatisierte Maschinen sind größer und für die Massenproduktion geeignet. Es erfordert weniger Eingriffe durch den Bediener.
Wie viel kostet ein Faserlaser-Schweißgerät?
Der Kosten für Laserschweißmaschinen variiert von Land zu Land. Leistungsabgabe, Konfiguration und Anpassung sind wichtige Faktoren, die sich auf die Kosten auswirken.
Typischerweise Kosten für handgeführte Laserschweißmaschinen 1 $ – 10 $. Die größeren automatisierten Maschinen können zwischen 15 und 35 US-Dollar kosten. Auch eine Einfuhrsteuer kann den Preis des Produkts in die Höhe treiben.
Die Anschaffungskosten des Laserschweißens sind höher als bei herkömmlichen Systemen. Die langfristigen Vorteile des geringen Wartungsaufwands und der höheren Qualität machen die Investition jedoch wieder wett.
Wo gibt es die besten Angebote für Faserlaserschweißmaschinen?
Zunächst müssen Sie nach einem Hersteller von Laserschweißmaschinen suchen, der sich auf Lasertechnik spezialisiert hat. Professionelle Hersteller stellen hochwertige und langlebige Maschinen her. Der Hauptaspekt ist die Haltbarkeit, da sich jeder plötzliche Maschinenstillstand direkt auf Ihr Unternehmen auswirken kann. Wenn Sie also zusätzliches Geld für höhere Qualität ausgeben, können sich Ihre Geschäftsaussichten verbessern.
Damit kommen wir auch zum nächsten Schritt, dem After-Sales-Service. Lasermaschinen sind komplexer als herkömmliche, daher ist ein Unternehmen, das einen solchen Service anbietet, von Vorteil.
Drittens sollte die Marke über eine hochwertige Forschungseinrichtung und erfahrene Mitarbeiter verfügen. Auf diese Weise können Sie sie um spezifische Anpassungen der Maschine bitten, die Ihnen helfen können, die Produktion zu steigern.
Nicht zuletzt sollte das Unternehmen wettbewerbsfähige Marktpreise anbieten. Die Anfangsinvestition ist bereits sehr hoch, sodass Sie kein zusätzliches Geld ausgeben möchten.
Schlussfolgerung
Hoffentlich dient dieses ausführliche Handbuch über Laserschweißmaschinen als Leitfaden für Ihr Projekt. Konzentrieren Sie sich unbedingt auf die oben genannten Faktoren, die vor dem Kauf eines neuen Schweißgeräts von entscheidender Bedeutung sind.
Erstaunlicherweise gibt es beim Laserschweißen viele Arten, die an verschiedenen Materialien arbeiten können. Es kann traditionelle Methoden leicht ersetzen und den Schweißprozess verbessern.
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