Während LBW Photonen verwendet und EBW konzentrierte Stromelektronen verwendet, ändert sich die kinetische Energie sowohl von Elektronen als auch von Photonen in Wärme, sobald sie mit der Metalloberfläche in Kontakt kommen. Aus diesem Grund glauben die meisten Menschen, dass LBW und EBW ähnlich sind, aber sie haben unterschiedliche Techniken und Anwendungen.
Die Leistungsfähigkeit und Flexibilität sowohl des EB- als auch des LB-Schweißverfahrens stehen außer Frage. Sie können punktgenau schweißen und gleichzeitig genug Leistung liefern, um selbst riesige Teile zusammenzuschweißen. Auch eine Automatisierung des Prozesses ist für beide Schweißverfahren möglich.
Darüber hinaus produzieren sie sowohl aus ästhetischer als auch aus metallurgischer Sicht erstaunliche Werke, aber sie haben immer noch einzigartige Unterschiede, die sie auszeichnen.
Schauen wir uns jeden von ihnen an, um ihre Vor- und Nachteile zu verstehen.
Laserstrahlschweißen (LBW)
Laserstrahlschweißen verwendet entweder eine gepulste Ausgabe oder eine kontinuierliche Welle (CW) von Photonen, um die Schweißnaht herzustellen.
Laser arbeiten ziemlich einfach – der Prozess beinhaltet eine Erhöhung und Verringerung des Energiezustands eines Materials. Wenn dies in schneller Folge erfolgt, sind Photonen das Nebenprodukt. CW ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass der Laser während des gesamten Prozesses immer eingeschaltet ist, während die gepulste Ausgabe eine Auszeit zwischen den Pulsen hat, um die Laserausgabe zu modulieren.
Sowohl bei gepulsten als auch bei kontinuierlichen Laserstrahlsystemen liegt der Fokus des Laserstrahls immer auf der Oberfläche des zu verschweißenden Werkstücks. Die Übertragung der Strahlen könnte über Glasfaserkabel erfolgen, die hochflexibel sind, oder über die gebräuchlicheren harten Optiken. Der Unterschied zwischen beiden besteht darin, dass Sie dank der flexiblen Glasfaserversorgung Ihren Laser an Arbeitsplätze weit entfernt von der Hauptmaschine bringen können.
Heutzutage erfolgt die Automatisierung und Steuerung des LBW-Betriebs und der gesamten Prozessdesignroutinen mithilfe von Computer Aided Manufacturing (CAM). Roboterschweißanwendungen verwenden Glasfasern, um den Laser zum Schweißen von Komponenten zu liefern. Die Geschwindigkeit und Vielseitigkeit von LBW erhöhen sich durch den Einsatz von Laserscanning, insbesondere entlang der Schweißnähte.
Ist Laserschweißen besser als Lichtbogenschweißen?
Die Energie des Lichtbogenschweißens wird von einer Gleich- oder Wechselstromversorgung geliefert, um Wärme bei etwa 6500 °F zu erzeugen. Dadurch kann das Metall schmelzen und eine Schweißverbindung herstellen. Dies funktioniert bei den meisten Arbeiten, aber die hohe Energiedichte des Laserstrahlschweißens ist viel schneller. Die LBW-Technik bringt die Materialoberfläche viel schneller auf Liquidustemperatur als beim Metall-Inertgasschweißen (MIG). Schutzgasschweißen (GTAW) oder Wolfram-Inertgasschweißen (WIG).
Es hilft auch, dass die Energie des Lasers nur wenig Zeit hat, sich innerhalb der Materialien oder Teile zu verteilen. Dadurch hat LBW eine kleinere Wärmezone und belastet das Bauteil weniger. Ein großer Vorteil von LBW gegenüber herkömmlichen Lichtbogenschweißtechniken ist die Impulsleistung – die schnellen Abkühlzyklen zwischen den Impulsen eignen sich gut für wärmeempfindliche Materialien.
Was ist der Vorteil des LB-Schweißens gegenüber dem EB-Schweißen?
Am offensichtlichsten Vorteil des Laserstrahlschweißens über EB-Schweißen hat, ist das Fehlen einer Vakuumkammer in seinem Betrieb. Im Gegensatz zu der vom EBW benötigten physikalischen Einhausung ist das Laserstrahlschweißen viel flexibler. LBW hat auch einfachere Werkzeuganforderungen, wenn man es mit EBW-Anforderungen vergleicht.
Da das Elektronenstrahlschweißen präzisere und einzigartigere Komponenten erfordert, um zu funktionieren, ist das Laserstrahlschweißen viel skalierbarer. Es gibt eine große Auswahl an Teilen für die Montage. Dadurch sind Konstruktion und Wartung des Laserstrahlschweißens im Vergleich zum Elektronenstrahlschweißen kostengünstiger.
Ist Laserschweißen besser?
Laserstrahlschweißen ist besser, wenn Sie Teile bearbeiten und verbinden, die nicht geeignet sind oder nicht einmal in eine Vakuumkammer eines Elektronenstrahlschweißens passen. Es gibt sogar einige Schweißvorrichtungen, die möglicherweise nicht in die Schweißkammern für EBW passen. Und da das Elektronenstrahlschweißen im Vakuum stattfindet, würde sich die Anwesenheit von Flüssigkeit in den Bauteilen innerhalb der Kammer als nachteilig erweisen. Hier kann das Laserschweißen ins Spiel kommen und die Arbeit erledigen.
Nachteile der Verwendung von Laserstrahlschweißen
Um den Schweißbereich sauerstofffrei zu halten, ist ein LB-Schweißen mit Schutzgas erforderlich. Aber im Ergebnis trägt dies dazu bei, die Effizienz des Prozesses und die Reinheit der Arbeit zu erhöhen. Eine weitere Herausforderung ist die Reflektivität von Aluminium-, Gold-, Kupfer- und Silbermaterialien, die Sie miteinander verbinden. Je reflektierender es ist, desto mehr kann es ablenken und das Eindringen des Lasers in die Schweißnaht minimieren.
Hier kommt der Impulsausgang ins Spiel und durchbricht die Oberfläche mit unterschiedlichen Energieausgängen. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit einer Teileverformung im Material. Natürlich können Sie dabei immer noch kontinuierliche Wellen verwenden, laufen aber Gefahr, sich zu verformen. Der kleine Wärmeeinflussbereich des Laserstrahlschweißens trägt jedoch dazu bei, dass andere Bereiche im Material nicht beeinträchtigt werden. Dies ist hilfreich, wenn Wärme auf elektronische Komponenten, chirurgische Geräte und andere Präzisionsinstrumente angewendet wird.
Elektronenstrahlschweißen (EBW)
Beim Elektronenstrahlschweißen wird die enorme kinetische Energie von sich schnell bewegenden Elektronen genutzt, um Komponenten miteinander zu verschweißen. Der Prozess beginnt mit dem Erhitzen eines Wolframfadens, bis er Elektronen abgibt. Mit Hilfe von magnetischen Linsen und elektrischen Feldern werden diese beschleunigten Elektronen dann auf die Bereiche fokussiert, die sich erhitzen und miteinander verschweißen.
Mehrere Branchen nutzten EBW seit seiner Veröffentlichung in den späten 1950er Jahren schnell. Der Grund dafür ist, dass es hilft, unübertroffene Stärke und unheimliche Präzision in seinen Schweißnähten zu liefern. Ein großer Teil davon liegt daran, dass Sie einen Elektronenstrahl genau platzieren können und selbst nach dem Schweißen das geschweißte Material mit bis zu 97 % seiner ursprünglichen Festigkeit belässt.
Neben der Reinheit und Festigkeit des Materials trägt das Elektronenstrahlschweißen auch dazu bei, Verunreinigungen in der Schweißnaht zu beseitigen. Dies liegt daran, dass der Prozess in einer streng kontrollierten Vakuumkammer stattfindet. Die Oxidation ist geringer, da keine Luft oder andere Gase auf das Schweißen reagieren.
Die Vakuumkammer verhindert nicht nur Oxidation, sondern trägt auch dazu bei, die genaue Position des Elektronenstrahls während des Schweißens besser zu kontrollieren. Ein geringerer Umgebungsdruck führt zu einer besseren Kontrolle der Elektronen. Aus diesem Grund ist EB-Schweißen die Wahl für mehrere Branchen, wie z. B. die Energieerzeugung, die Luft- und Raumfahrt und die Nuklearindustrie.
Ein einzigartiger Vorteil von EB-Schweißungen gegenüber LB-Schweißungen und sogar Lichtbogenschweißungen ist die Fähigkeit, unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten zu schweißen. Außerhalb des EB-Schweißens können die miteinander verbundenen Materialien spröde werden. EB-Schweißen kann das Niedertemperaturmaterial schmelzen und es mit dem ungeschmolzenen Hochtemperaturmaterial verschweißen. Das Ergebnis ist eine vakuumdichte und kompakte Schweißarbeit.
Es ist auch hilfreich zu wissen, dass EBW je nach Leistung weiter in zwei (2) Klassifikationen eingeteilt wird. Beim Arbeiten mit 60 Kilovolt (kV) oder Leistung ist das Niederspannungs-EBW. Hochspannungs-EBW liegt bei einer Rate von 150 Kilovolt (kV).
Was ist der Vorteil des EB-Schweißens im Vergleich zum LB-Schweißen?
Das Elektronenstrahlschweißen funktioniert am besten, wenn Materialien, die Sie zusammenschweißen, Schwierigkeiten haben, sich zu verbinden, wie bei Aluminiumlegierungen. Das Arbeiten mit Nickellegierungen und sogar Titan ist besser, wenn es in einer Vakuumkammer geschweißt wird.
Der Prozess des Arbeitens und Schweißens in einem Vakuumgehäuse trägt dazu bei, dass keine Verunreinigungen an der Schweißnaht vorhanden sind. EBW bietet auch eine tiefere Durchdringung der Materialien, an denen es arbeitet. Infolgedessen wird das Elektronenstrahlschweißen allgemein akzeptiert und ist Teil der meisten Schweißspezifikationen.
Ist Elektronenstrahlschweißen besser als Lichtbogenschweißen?
Einige schwer zu schweißende Materialien müssen miteinander verbunden werden, und EB-Schweißen ist eine großartige Technik für diesen Job. Vor allem, wenn Sie mit Aluminiumlegierungen oder sogar Nickellegierungen arbeiten. Aber die erforderliche Vakuumkammer erschwert die Beschaffung erheblich, insbesondere wenn Sie eine einfache Schweißaufgabe haben. In diesen Fällen könnte das Lichtbogenschweißen eine bessere Option sein.
Ist Elektronenstrahlschweißen besser?
Beim Verbinden von Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten ist das Elektronenstrahlschweißen besser geeignet. EB-Schweißen ist auch besser, da die Oxidation abnimmt, da der gesamte Prozess in einer Vakuumkammer stattfindet.
Nachteile der Verwendung der EB-Schweißtechnik
Die Notwendigkeit einer Vakuumeinhausung ist auch beim Elektronenstrahlschweißen eine große Herausforderung. Die Logistik und Komponenten, die zum Zusammenbau der Kammer benötigt werden, variieren je nach Material, das Sie zusammenschweißen. Die Größe der Kammer bestimmt die Größe der Teile, an denen sie arbeiten kann. Wenn Sie große Teile bearbeiten müssen, müssen Sie eine große Vakuumkammer erstellen.
Auch EBW ist seit Jahrzehnten komplett computergesteuert. Ein Teil davon liegt daran, dass die Verwendung von Vakuum und die Präsenz von Röntgenstrahlung im Prozess eine menschliche Handhabung unmöglich machen. Folglich müssen Computer den gesamten Prozess ausführen. Dies bedeutet, dass das EB-Schweißen gut ausgebildete Bediener benötigt, die die Computer bedienen. Die Wartung der Teile und der Computer, die sie betreiben, muss ebenfalls präzise sein. Ganz zu schweigen davon, dass das Einrichten und Ausführen des Prozesses ziemlich teuer sein kann.
Der Prozess kann auch in drei Phasen unterteilt werden – Laden der Schweißkammer, Abpumpen des Vakuums, eigentliches Schweißen der Teile und die Notwendigkeit, das Vakuum zu entlüften. Die herausfordernden Bereiche für Bediener sind das Abpumpen und Laden von Materialien, die Sie zusammenschweißen. Dies nimmt die meiste Zeit in Anspruch.
Hat das EB-Schweißen und das LB-Schweißen Vorteile gegenüber dem Lichtbogenschweißen?
Manchmal suchen Sie nach bestimmten Schweißaufgaben für Ihre Projekte. Wenn dies der Fall ist. LB- und EB-Schweißtechniken sollten Ihr bevorzugtes Verfahren sein. LB-Schweißnähte können an präzisen und kleinen Stellen in den Materialien arbeiten, die Sie miteinander verbinden. EB-Schweißnähte eliminieren Oxidation und können mit Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten arbeiten.
Das Lichtbogenschweißen eignet sich jedoch am besten für Jobs, die Mobilität erfordern. LB-Schweißen und EB-Schweißen erfordern viel mehr Komponenten für die Schweißnähte. Das EB-Schweißen benötigt sogar eine Vakuumkammer, um die Elektronen auf die Schweißaufgabe zu lenken und zu fokussieren.
Was ist besser, Elektronenstrahlschweißen vs. Laserstrahlschweißen?
Wenn Sie mit riesigen Materialien arbeiten, die nicht in eine Vakuumkammer passen, ist das Laserstrahlschweißen besser als das Elektronenstrahlschweißen. Die Flexibilität, die es bietet, ist weit überlegen, wenn Sie darauf beschränkt sind, in einer Kammer zu arbeiten.
Wenn Sie jedoch mit Verunreinigungen in der Schweißnaht umgehen müssen und mit Nickel- oder Aluminiumlegierungen oder anderen Materialien arbeiten, die sich nur schwer koppeln lassen, ist das Elektronenstrahlschweißen besser. Sie erreichen einen tieferen Einbrand in die Schweißnaht.
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