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Das Faserlaserschweißen erfreut sich aufgrund der verbesserten Schweißqualität, Zuverlässigkeit und Leistung weiterhin wachsender Beliebtheit. Bei vielen Faserlaserschweißanwendungen handelt es sich um autogene Schweißanwendungen, bei denen die Schweißnaht vollständig durch das Schmelzen von Teilen des Grundmetalls entsteht und kein zusätzlicher Schweißdraht oder Pulver verwendet wird.

Laserstrahlschweißanwendungen sind fast immer autogen für eine Vielzahl von Materialien. Bestimmte anspruchsvolle Materialien und schwierige Anwendungen erfordern jedoch die Verwendung von Zusatzwerkstoff im Schweißprozess. Dadurch sind große Verbesserungen im Schweißprozess möglich.

Zu den Anwendungsverbesserungen gehören:

Das Laserschweißen mit Zusatzwerkstoff kann mit Pulver oder Draht erfolgen (siehe Abbildung 1). Bei den meisten industriellen Laserschweißanwendungen kommt jedoch Draht zum Einsatz. Dieser Artikel konzentriert sich auf das Faserlaserschweißen mit Draht. Es ist zu beachten, dass einer der Gründe, warum Draht bevorzugt wird, seine geringeren Kosten sind. Normalerweise ist Pulverrohstoff für die meisten Materialien teurer als Drahtrohstoff. Beispielsweise betragen die typischen Kosten für Inconel 625-Draht mit 0,9 mm Durchmesser 26 US-Dollar/Pfund, verglichen mit 48 US-Dollar/Pfund für Pulver aus dem gleichen Material. Aus diesem Grund wird Pulver hauptsächlich in additiven Fertigungsanwendungen und nicht zum Schweißen verwendet.

Da es sich um einen Multiparameterprozess handelt, unterliegt das Laserschweißen mit Zusatzdraht mehreren Bedingungen, die Qualität, Prozessgeschwindigkeit und Kosten bestimmen.

Schweiß-/Zusatzdrahtgeschwindigkeit : Die Drahtvorschubgeschwindigkeit für einen bestimmten Luftspalt und eine bestimmte Blechdicke ist ein wichtiger Parameter und hängt von der Schweißgeschwindigkeit, der Querschnittsfläche des Spalts zwischen der Verbindungsfläche und der Querschnittsfläche des Zusatzdrahts ab. Der Zusammenhang drückt sich wie folgt aus:

Drahtvorschubgeschwindigkeit (m/min) = Schweißgeschwindigkeit (m/min)*Lückenquerschnittsfläche (mm2)/Drahtquerschnittsfläche (mm2)

Die Verwendung von Zusatzdraht führt bei gegebener Laserleistung im Allgemeinen zu einer Verringerung der Schweißgeschwindigkeit um 10 bis 20 Prozent, um die Laserenergie auszugleichen, die zum Schmelzen des Drahtes aufgewendet werden muss. Beachten Sie, dass der Kompromiss bei der geringeren Geschwindigkeit durch die größeren Vorteile der Verwendung von Fülldraht ausgeglichen wird. Es ist jedoch wichtig, die richtige Fülldrahtmenge zu verwenden. Wenn die Fülldrahtmenge zu niedrig ist, wirkt sich die vom Laserstrahl erzeugte Wärmemenge auf den Draht und das zu schweißende Material aus, da ein größerer Abschnitt am Drahtende geschmolzen werden kann. Dies kann zum Aufbrechen einer während des Prozesses gebildeten Flüssigmetallbrücke und zur Bildung eines Tropfens am Ende des Drahtes sowie zu einer vorübergehenden Störung der Prozessstabilität führen.

Eine zu hohe Zusatzdrahtmenge kann dazu führen, dass die dem Schweißbereich zugeführte Energie für ein stabiles und dauerhaftes Schmelzen des Drahtes nicht ausreicht. Das Volumen des flüssigen Metalls am Ende des Drahtes und in der Flüssigmetallbrücke nimmt zu, wodurch der Luftspalt überflutet wird. Darüber hinaus dringt nicht geschmolzener Draht in den hinteren Bereich des Beckens ein und verdrängt das flüssige Metall, das durch Erstarren charakteristische Höcker auf der Schweißoberfläche und Porosität an der Schweißnahtwurzel bildet. Eine korrekte Schweißgeschwindigkeit gewährleistet die korrekte Eindringtiefe, Schweißbreite und obere Schweißnahthöhe.

Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Fülldraht: Eine zu kurze freiliegende Drahtlänge verhindert, dass der Draht im Anfangsbereich der Raupe schmilzt und der Laserstrahl direkt auf das zu schmelzende Material einwirkt. Eine zu lange freiliegende Drahtlänge wiederum führt dazu, dass das verlängerte Drahtende gegen die Plattenoberfläche gedrückt wird. Im Anfangsstadium schmilzt der Laserstrahl den Draht durch und teilt ihn in zwei Teile. Dadurch war die Stelle, an der der Prozess begann, mit einem Drahtende bedeckt, das mit der Oberfläche verschweißt war und sich nur schwer entfernen ließ. Im Extremfall kann es durch das angeschweißte Drahtende zu einer Kollision mit der Schutzgasdüse kommen, wodurch der Schutzgasschutz gestört oder sogar aufgehoben wird. Die Steuerungsfunktionen des LASERDYNE 795 mit BeamDirector sorgen für eine korrekte Interaktion zwischen Laserstrahl und Zusatzdraht.

Der LASERDYNE 795 mit BeamDirector ist ideal für das Faserlaserschweißen von Drahtdraht geeignet. Der System S94P-Controller sorgt für Aufprallschutz und bietet gleichzeitig eine optimale Gasabschirmung und Kontrolle der Laserparameter.

Förderwinkel des Drahtvorschubs : Winkel zwischen 30 und 60 Grad von der Vertikalen können verwendet werden, 45 Grad sind in der Regel die Norm, da dies die Einstellung der erforderlichen Drahtkreuzungsposition mit der Mittellinie des Laserstrahls vereinfacht. Winkel größer als 60 Grad erschweren letzteres, und Winkel kleiner als 30 Grad führen dazu, dass der Draht einen großen Bereich des Laserstrahls schneidet, wodurch der Draht schmilzt und verdampft, ohne dass er in das Schweißbad integriert wird.

Fokussierte Spotgröße: Die Punktgröße sollte in der Nähe des Zusatzdrahtdurchmessers liegen. Wenn die Laserpunktgröße im Vergleich zum Drahtdurchmesser zu klein ist, kann dies zu porösen Schweißnähten führen, da der Zusatzdraht nicht richtig geschmolzen ist.

Prima Power Laserdyne hat mit seinem LASERDYNE 795 mit BeamDirector-System detaillierte Studien zum Laserschweißen mit Zusatzdraht durchgeführt. Sowohl die Schweißnaht- als auch die Zusatzdrahtparameter wurden entwickelt und optimiert, um qualitativ hochwertige Schweißnähte ohne Risse oder Porosität mit der richtigen Schweißnahtgeometrie zu erzeugen.Figur 2Hebt Schweißnähte hervor, die mit Fülldraht hergestellt wurden, um Risse und Porosität zu beseitigen (2a und 2b) und die Schweißnahtgeometrie zu verbessern (2c und 2d).

(2a oben links) 4 mm dicke 6065-Aluminiumlegierung (Al-Mg-Si-Cu), geschweißt mit 0,8 mm Durchmesser 6065-Draht; Doppelpass-T-Verbindung. Diese Legierung eignet sich gut für viele Anwendungen in derLuft-und Raumfahrtindustrie, neigt jedoch ohne das Füllmaterial zu Erstarrungsrissen.

(2b oben rechts) 2 mm dicke 6061-Aluminiumlegierung (Al-Mg-Si), geschweißt mit 1,0 mm Durchmesser 4047-Draht; Stoßfuge mit 0,2mm Spalt. Diese Legierung wird hauptsächlich verwendet fürAutomotive-Anwendungen. . Diese Legierung neigt auch ohne den Zusatzdraht zu Erstarrungsrissen.

(2c unten links) 3,2 dicke Inconel 625-Superlegierung auf Nickelbasis, geschweißt mit 1,2 mm Durchmesser 625-Draht; Stoßverbindung. Diese Hochtemperaturlegierung wird hauptsächlich für verwendetLuft- und Raumfahrtanwendungen . Diese Legierung ist nicht anfällig für Risse, aber für diese Anwendung wurde Draht verwendet, um die schlechte Passung und Fehlanpassung auszugleichen und die Schweißnahtgeometrie zu verbessern.

(2. unten rechts) 1 mm dicke Inconel 718-Superlegierung auf Nickelbasis, geschweißt mit Inconel 625-Draht mit 1,2 mm Durchmesser; Stoßverbindung. Inconel 718 wird häufig für Hochtemperaturanwendungen verwendet. Fülldraht wurde verwendet, um die Schweißnahtgeometrie, dh Nahtbreite der oberen und unteren Naht und Taille (Mitte der Schweißnaht), zu erfüllen.

Umfangreiche Tests, wie oben beschrieben, haben gezeigt, dass sich das Faserlaserschweißen mit Zusatzdraht als wirksam bei der Herstellung qualitativ hochwertiger, robuster Schweißnähte mit verbesserter Passgenauigkeit, geringerer Schweißnahtrissbildung und besserem Schweißprofil erwiesen hat. Das breite Anwendungsspektrum umfasst die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und viele industrielle Fertigungsanwendungen. Die Kontrolle der Laserschweißmetallurgie und -abmessungen ist durch die verbesserte Kontrolle der Prozessparameter des Faserlaserschweißens möglich, die mit LASERDYNE'S 795 mit BeamDirector-Faserlaserschweißsystemen ermöglicht werden.

Weitere Informationen zu LASERDYNE-Produkten und -Dienstleistungen von Prima Power Laserdyne erhalten Sie unter der Rufnummer 763-433-3700, per E-Mail an [email protected] oder unter www.primapowerlaserdyne.com. Prima Power Laserdyne hat seinen Hauptsitz in 8600 109th Avenue North, #400, Champlin, Minnesota 55316.

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