Inleiding

1. Overzicht van laserslassentechnologie

1.1 Definitie van laserslassen

Laserslassen is een zeer nauwkeurig materiaalverbindingsproces dat een geconcentreerde laserstraal gebruikt om materialen te smelten en te smelten en te smelten, sterk creëren, duurzame bindingen.

Deze technologie zet elektrische energie om in een gerichte lichtstraal - in golflengte van 1060 nm in een golflengte (Vezellasers) tot 10.600 nm (Co₂ Lasers)- die intense hitte overbrengt naar het werkstuk, gelokaliseerd smelten mogelijk maken zonder wijdverspreide thermische vervorming.

In tegenstelling tot traditionele lasmethoden (bijv., MIJ, Tig), Laserslassen is gebaseerd op optische systemen om de balk te sturen, waardoor nauwkeurige controle over energie -input kan worden.

Dit maakt het ideaal voor het samenvoegen van dunne vellen, micro-componenten, en ongelijke materialen, met applicaties die de auto overspannen, ruimtevaart, elektronica, en medische hulpmiddelen.

1.2 Ontwikkelingsachtergrond en belang

• Historische mijlpalen:
  • 1960S: De eerste laserslassen werden uitgevoerd met Ruby Lasers, Hoewel beperkte stroom en betrouwbaarheid het industriële gebruik beperkt.
  • 1970S: Co₂ Lasers (10KW Power) ingeschakeld diep penetratielassen van dik staal, het markeren van de eerste grote industriële adoptie.
  • 2000S: Vezellasers brachten een revolutie teweeg in het veld met 30-40% energie -efficiëntie, compact ontwerp, en superieure straalkwaliteit, het verlagen van de operationele kosten door 50% Vergeleken met CO₂ -systemen.
• Industriële betekenis:
  • Maakt massaproductie van lichtgewicht mogelijk, Hoogsterke componenten in elektrische voertuigen (EV's) en vliegtuigen.
  • Vergemakkelijkt miniaturisatie in elektronica, zoals het lassen van 50 μm dikke draden in microchips.
  • Ondersteunt duurzame productie door verminderd materiaalafval en energieverbruik.

1.3 Kernvoordelen

2. Basisprincipes van laserslassen

2.1 Fysieke eigenschappen van lasers

Lasers die in het lassen worden gebruikt, delen deze belangrijke eigenschappen:

• Monochromaticiteit: Licht met één golflengte concentreert zich energiezuinig.
• Ruimtelijke samenhang: Strakke straalfocus levert hoge vermogensdichtheden op (tot 10⁶-10⁸ w/cm²).
• Directionaliteit: Lage divergentie zorgt voor een consistente energielevering over afstand.
• Golflengte bereik: Co₂ Lasers (~ 10,6 µm), Nd:Yag (~ 1,06 µm), en vezel-/schijflasers (~ 1,07 µm) Bied afwegingen in absorptie aan, efficiëntie, en straalkwaliteit.

2.2 Fysiek mechanisme van het lasproces

1. Absorptie: Materiaaloppervlak absorbeert laserergie, Temperatuur verhogen.
2. Smeltend: Gelokaliseerde smelten vormt een kleine lasbad.
3. Sleutelgatvorming (penetratiemodus): Bij hoge vermogensdichtheden, verdamping creëert een holte ("Keyhole") Dat valt laserlicht op, Drijvende diepe penetratie.
4. Smelt -pool dynamiek: Oppervlaktespanning en terugslagdruk regelen de gesmolten metal stroom rond het sleutelgat.
5. Stolling: Terwijl de straal beweegt, Metaal koelt en stolt, De lasnaad vormen.

2.3 Classificatie van lasmodi

• Doorlopende golf (CW): Levert een gestage balk voor consistente warmteafgifte, Ideaal voor diepe sleutelgatlassen bij hoge snelheden.
• Pulsed: Zendt korte pulsen uit (µs - ms) Om warmte -invoer te beperken, controle penetratiediepte, en produceer een "gestapelde dins" lasoptreden.
• Hybride laser -arc: Combineert laserstraal met mig/mag arc, Biedt een diepere penetratie bij verminderd laservermogen en verhoogde tolerantie voor gezamenlijke gaten.

3. Laserlasapparatuur en componenten

3.1 Laserbrontechnologie

• Co₂ Lasers: Met gas gevuld, Hoog gemiddelde vermogen, maar vereisen complexe spiegels met bundelgeleiden en hebben langere golflengten (~ 10,6 µm).
• Nd:Yag Lasers: Vaste staten, Q-switched voor gepulseerde werking, Compacte resonator - maar een lager gemiddelde vermogen dan vezels .
• Vezellasers: Gebruik gedoteerde vezelkernen voor winst; Bied een uitstekende straalkwaliteit aan, Hoge elektrische efficiëntie, en onderhoudsvrije werking.
• Schijflasers: Dun -disk gain medium biedt hoge vermogensdichtheden en goede thermische behandeling, geschikt voor zeer krachtige toepassingen.

3.2 Optisch systeem

• Balk levering: Spiegel (Reflecterende optiek) of vezel -optische kabels begeleiden straal van bron naar werkkop.
• Optica focussen: Gebruik parabolische spiegels (Co₂) of ZNSE/KCL -lenzen (tot ~ 4 kW) Om bundel te concentreren op een focale vlekken van 0,1 - 1 mm.
• Balkvorming: Geavanceerde bundel -afspoelmodules (bijv., diffractieve optica) kunnen intensiteitsprofielen op maat gemaakte lasgeometrieën aanpassen.

3.3 Bewegingscontrole

• Cartesiaanse gantries & Robots: Zorg voor herhaalbare XYZ -beweging; Robots maken articulaties van vijfassen mogelijk voor complexe geometrieën.
• Galvanometer scanners: Snelle stuurspiegels voor on-the-fly lassen zonder het werkstuk te verplaatsen.
• Geïntegreerde controle: Real-time coördinatie koppelt bundelkracht, pulsparameters, en reissnelheid voor consistente laskwaliteit.

3.4 Koel- en veiligheidssysteem

• Koeling: Water-lus waterkoelers behouden de laserbron en optica bij stabiele temperaturen, Termische drift voorkomen.
• Afscherming van gas: Argon of helium beschermt de laspool tegen oxidatie en plasma -absorptie.
• Behuizingen & Vergrendeling: Laser -safe behuizingen met deursloten en noodstops zorgen voor de veiligheid van de operator.
• Randextractie: Ventilatiesystemen verwijderen rook, spatten, en dampen om optische duidelijkheid en gezondheid op de werkplek te behouden.

4. Procesparameters en optimalisatie

4.1 Belangrijke procesparameters

4.2 Optimalisatietechnieken

• Nestsoftware:
  • Programma's zoals AutoCAD Weld optimaliseren laspaden om het retraceren te minimaliseren, Cyclustijd verkorten door 20%.
• Real-time monitoring:
  • Pyrometers meten de temperatuur van de smeltzwembad (bijv., 1800° C voor staal) Om de kracht in realtime aan te passen.
  • Machine Vision Systems detecteren defecten (porositeit, ondermijning) met 99% nauwkeurigheid.

5. Lasproces voor specifieke materialen

Het aanpassingsvermogen van laserlassen stelt het in staat om zich bij een verscheidenheid aan materialen aan te sluiten:

5.1 Ferrometalen

• Roestvrij staal: Laserslassen produceert smal, diepe lassen met minimale vervorming, Ideaal voor toepassingen die een hoge corrosieweerstand vereisen.
• Koolstofstaal: Vereist precieze controle om kraken te voorkomen; Voorverwarming kan nodig zijn voor koolstofarme varianten.

5.2 Non -ferrometalen

• Aluminium: Hoge reflectiviteit en thermische geleidbaarheid vormen uitdagingen; Het gebruik van kortere golflengte -lasers en de juiste oppervlaktebereiding verbetert de resultaten.
• Koper: De hoge reflectiviteit en geleidbaarheid vereisen krachtige lasers of gespecialiseerde golflengten, zoals blauwe lasers, Om hoogwaardige lassen te bereiken .

5.3 Speciale materialen

• Titaniumlegeringen: Vereisen inerte gasscherming om besmetting te voorkomen; Laserslassen biedt nauwkeurige controle, het geschikt maken voor ruimtevaarttoepassingen.
• Nikkellegeringen: Profiteren van het vermogen van laserlassen om gewrichten met hoge sterkte te produceren met minimale warmte-aangetaste zones.

6. Voordelen van laserslassen

6.1 Precisie en controle

• Micro-weldcapaciteit:
  • Sluit zich aan bij de draden van 50 μm diameter in MEMS-sensoren met 99.9% slagingspercentage, Kritiek voor navigatiesystemen voor ruimtevaart.
• Dimensionale nauwkeurigheid:
  • ± 0,02 mm tolerantie voor auto -transmissiecomponenten, het elimineren van de bewerking na de lage.

6.2 Veelzijdigheid

• Ongelijk materiaallassen:
  • Staal tot aluminiumgewrichten in EV -motoren, bereikt via laserscrazing met aluminium-silicium vulmetaal.
• Complexe geometrieën:
  • 3D Laser Welding van gebogen titaniumplaten voor raketmondstukken, een proces onmogelijk met traditionele methoden.

6.3 Snelheid en efficiëntie

• Doorvoer:
  • Een 5 kW vezel laserslassen 1000 Automotive deur scharnieren per uur, 3x sneller dan TIG -lassen.
• Energiebesparing:
  • Vezelasers consumeren 50% Minder elektriciteit dan co₂ lasers, Operationele kosten verlagen tot $ 0,30 - $ 1,00 per meter las.

7. Toepassingen van laserslassen

7.1 Automobielindustrie

• Body-in-wit (Kerkbank):
  • Tesla gigafactories gebruiken 10 kW vezellasers om aluminium en stalen BIW -componenten te lassen, Voertuiggewicht verminderen door 20% en het verbeteren van de veiligheid van de crash.
• Aandrijflijn:
  • Laser-gelaste differentiaalversnellingen (20Mncr5 staal) met 0,1 mm openingstolerantie, zorgen voor een soepele werking bij 10,000 RPM.

7.2 Lucht- en ruimtevaartindustrie

• Structurele componenten:
  • Boeing 787 Dreamliner gebruikt laserslassen voor titaniumvleugels -huiden, het verminderen van onderdelen door 30% en montagetijd door 50%.
• Motoronderdelen:
  • Rolls-Royce Trent-motoren zijn voorzien van laser-gelaste nikkellegering., Handstand 1500 ° C en verbetering van de brandstofefficiëntie door 5%.

7.3 Elektronica -industrie

• Micro -elektronica:
  • Apple Watch -batterijcontacten (0.2Mm-dikke koper) gelast met gepulseerde diode lasers, het bereiken van 99.99% Opbrengst in hoogwaardige productie.
• Opto -elektronica:
  • Hermetische afdichting van laserdioden met 10 μm precisie, Cruciaal voor de optische communicatieapparaten van glasvezel.

7.4 Medische apparaten

• Chirurgische instrumenten:
  • Laser-gelaste roestvrijstalen tang met ruwheid van 5 urn, ISO ontmoeten 23360 medische normen.
• Implanteerbare apparaten:
  • Stent transplantaten (nitinollegering) gelast met ultrasnelle lasers, Minimalisatie van warmteschade aan eigenschappen van vormgeheugen.

7.5 Energie en constructie

• Hernieuwbare energie:
  • Zonnepaneel frames (aluminium) gelast op 10 m/min met 1 kW vezellasers, het mogelijk maken 98% Materiaalgebruik in de productie van PV -module.
• Infrastructuur:
  • Laser-gelaste stalen bruggen (20mm dik) Hybride technologie gebruiken, het verlagen van de onderhoudskosten door 40% Vanwege superieure vermoeidheidsweerstand.

8. Laserlassen versus. Conventioneel lassen

Laserslassen verschilt op verschillende manieren van conventionele lasmethoden:

• Warmte -invoer: Laserslassen heeft een lagere warmte -ingang, Vermindering van vervorming en het verbeteren van de gewrichtskwaliteit.
• Snelheid: Laserslassen is over het algemeen sneller, leidend tot kortere productietijden.
• Materiaal veelzijdigheid: Laserslassen kan een breder scala aan materialen en diktes aansluiten dan veel traditionele methoden.

Tafel 2: Vergelijking van lasmethoden

9. FAQ van laserslassen

Q1: Welke soorten materialen kunnen worden gelast met lasers?

A1: Lasers kunnen verschillende materialen lassen, inclusief ijzer- en non -ferrometalen, kunststoffen, en composieten.

Q2: Wat is het verschil tussen continu en gepulseerd laserslassen?

A2: Continu laserslassen maakt gebruik van een constante balk voor snelle toepassingen, Terwijl gepulseerde laserslassen energie levert in bursts voor meer controle.

Q3: Hoe verhoudt laserslassen zich tot traditionele lasmethoden?

A3: Laserslassen biedt een lagere warmte -invoer, Hogere precisie, en meer snelheid vergeleken met veel conventionele lastechnieken.

10. Conclusie

Laser -lastechnologie heeft een revolutie teweeggebracht in het productielandschap, Precies aanbieden, efficiënt, en veelzijdige oplossingen voor verschillende toepassingen.

Inzicht in zijn principes, voordelen, en applicaties kunnen industrieën deze technologie effectief gebruiken.

Terwijl de vooruitgang doorgaat, Laserslassen zal een steeds vitale rol spelen in de moderne productieprocessen, het stimuleren van innovatie en efficiëntie tussen sectoren.

Onze partner: https://dz-machining.com/