Punktschweißen ass eng séier a kosteneffektiv Verbindungsmethod. Si ass gëeegent fir dënnplacke Komponenten mat Iwwerlappungsverbindungen ze verbannen, déi keng Loftdichtheet erfuerderen. Et gëtt vill Aarte vu Punktschweißen, wéi zum Beispill Widderstandspunktschweißen, Boupunktschweißen, Haftpunktschweißen,Komposit-Punktschweißen, a Laserpunktschweißen. Aktuell gëtt Widderstandspunktschweißen wäit verbreet an der Produktioun benotzt. Zum Beispill aus der Automobilindustrie ginn 3.000 bis 4.000 Schweesspunkten beim Montage vun Autokarosseriekomponenten gebraucht, wat 250 bis 300 Roboter, zesumme mat ënnerstëtzende Kontrollsystemer an aner Hëllefsausrüstung erfuerdert. Widderstandspunktschweißen huet awer eng schlecht Flexibilitéit. Mat der schneller wirtschaftlecher Entwécklung ass den Aktualiséierungszyklus vun de geometresche Formen a Strukturen vun Automobilkomponenten ganz kuerz ginn. D'Moderniséierung vun neie Produkter a Modeller erfuerdert eng nei Aart vu Punktschweißtechnologie, déi effizient a flexibel ass. Dofir ass d'Laserpunktschweißtechnologie lues a lues an de Fokus vun der Opmierksamkeet komm a gëtt erwaart, datt se wäit verbreet an der Automobilindustrieproduktioun agesat gëtt. Am Raumfaartberäich gëtt Laserpunktschweißen och als alternativ Technologie getest. Laang Zäit hunn d'Iwwerlappungsverbindunge vun Raumfaartprodukter allgemeng Nieten benotzt, wat vill Produktiounsprozesser a schwéier Aarbechtslaascht mat sech bréngt. Mat der wuessender Uwendung vun neie Materialien wéi Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen a Kompositmaterialien ass d'Aféierung vun neie Schweesstechnologien fir traditionell Verbindungsmethoden z'ersetzen zu engem Mainstream-Trend ginn. Dëst verbessert net nëmmen d'Produktiounseffizienz, mä reduzéiert och d'Gewiicht vum Strukturmaterial a erfëllt nei Ufuerderungen un d'Konstruktioun, wat fir Loftfaartprodukter vu grousser Bedeitung ass. Déi héich Präzisioun an déi héich Flexibilitéit vum Laserpunktschweißen ginn him bedeitend Virdeeler an der praktescher Produktioun, besonnesch an der Loftfaartindustrie, wou et traditionell Prozesser wéi Widderstandspunktschweißen a Nieten ersetzen kann.
I. Definitioun an Eegeschafte vum Laserpunktschweissen
Definitioun
Laserpunktschweißen bezitt sech op de Prozess vum Schmelzen a Verbindungsprozess vun Werkstécker mat engem eenzege Laserimpuls (t > 1ms) oder enger Serie vu Laserimpulsen op der selwechter Positioun.
Laserpunktschweißen ass am Fong ähnlech wéi aner Laserschweißprozesser; den eenzegen Ënnerscheed ass, datt et keng relativ Verrécklung tëscht dem Laserstrahl an dem Werkstéck beim Punktschweißen gëtt. Laserpunktschweißen ass an zwou Zorten opgedeelt: Wärmeleitungsschweißen a Schlëssellachschweißen. Beim Wärmeleitungspunktschweißen kann de Laser nëmmen de Metall schmëlzen, ouni en ze verdampfen. Dës Method ass besser geegent fir Metaller mat enger Déckt vu manner wéi 0,5 mm ze schweißen, wéi zum Beispill Nd:YAG-Laserpunktschweißen vun elektronesche Komponenten. Beim Schlëssellach-Laserpunktschweißen kann de Laser direkt duerch d'Schlëssellach an d'Innere vum Material erakommen, wouduerch d'Auslastungsquote vun der Laserenergie erhéicht gëtt an eng méi grouss Duerchdringungsdéift erreecht gëtt. Traditionellt Widderstandspunktschweißen schmëlzt Werkstécker fir Schweißpunkten ze bilden andeems Widderstandswärm, deen duerch elektresche Stroum generéiert gëtt, benotzt gëtt, während d'Hëtztquell vum Laserpunktschweißen aus Laserstralung kënnt, wat zu wesentlech ënnerschiddleche Schweißpunktformen féiert.
Déi justierbar Parameter vum Laserpunktschweissen enthalen am Allgemengen d'Laserleistung, d'Punktschweisszäit an d'Defokussquantitéit. Beim Punktschweissen am Pulsmodus enthalen d'Parameteren och d'Pulswelleform, d'Frequenz an den Duty Cycle. Dorënner beaflosst d'Laserleistung haaptsächlech d'Déift vum Schweisspunkt, während d'Punktschweisszäit e gréisseren Afloss op d'lateral Gréisst vum Schweisspunkt huet. Am Allgemengen, wat méi laang d'Laserwierkungszäit ass, wat méi grouss d'Gréisst vun den ieweschten an ënneschten Uewerfläche vum Schweisspunkt an d'Gréisst vun der Schmelzoberfläche ass. Ännerungen am Defokussquantitéit beaflossen haaptsächlech den Duerchmiesser vum Punkt an d'Energiedicht, déi op d'Uewerfläch vum Werkstéck wierken, an hunn doduerch e wesentlechen Afloss op d'Gesamtform vum Schweisspunkt.
Charakteristiken
- Mat Laser als Hëtzquell bitt Punktschweißen héich Geschwindegkeet, héich Präzisioun, niddrege Hëtzezougang a minimal Verformung vum Werkstéck.
- De Fräiheetsgrad bei de Punktschweisspositiounen ass däitlech verbessert, wat d'Punktschweissung op alle Positiounen erméiglecht an einfach ze realiséiereneenzegsäiteg Punktschweißen, wat d'Fräiheet beim Produktdesign däitlech erhéicht.
- Laserpunktschweissen huet niddreg Ufuerderungen un d'Gréisst vun den Iwwerlappungsverbindungen. Et gi minimal Restriktiounen op Parameteren wéi d'Zuel vun den Iwwerlappungsverbindungen an den Ofstand tëscht de Schweesspunkten, an et ass net néideg den Impakt vum Stroumverschluss ze berücksichtegen.
- Fir d'Schweißen vu Placken mat ongläicher Déckt, verschiddene Materialien a spezielle Materialien (Aluminiumlegierungen, galvaniséierte Placken) ass d'Laser-Punktschweißen besser wéi traditionell Punktschweißmethoden.
- Et erfuerdert keng grouss Zuel vun zousätzlechen Ausrüstung, kann sech séier un Produktännerungen upassen an de Maartufuerderunge gerecht ginn.
II. Defektanalyse vum Laserpunktschweissen
Rëss, Poren a Verhängung sinn déi heefegst Defekter beim Laserpunktschweißen, déi hei ënnendrënner een nom aneren analyséiert ginn.
1. Rëss
Rëss ginn a Flächerëss a Längsrëss opgedeelt. D'Heiz- a Killgeschwindegkeet beim Laserpunktschweisse si ganz séier, wat zu engem groussen Temperaturgradient tëscht der erhëtzter Fläch an dem Ëmgéigend Metall féiert, wat liicht zu Rëssbildung féiert. D'Optriede vu Rëss ass enk mam Material verbonnen; zum Beispill hunn Aluminiumlegierungen eng vill méi héich Tendenz zum Rëss beim Laserpunktschweisse wéi Edelstol. Eng effektiv Method fir d'Rëssbildung z'ënnerdrécken ass d'Impulswellenform ze optimiséieren fir d'Killgeschwindegkeet vum Metallfestigungsprozess ze kontrolléieren an d'intern Spannung ze reduzéieren.
2. Poren
Poréis Defekter (Poren) bei Laserpunktschweißnähten kënnen a kleng Poren a grouss Poren opgedeelt ginn. Kleng Poren entstinn haaptsächlech duerch d'Verréngerung vun der Léislechkeet vu Waasserstoff a flëssegem Metall während der Metallfestigung, souwéi duerch déi séier Verdampfung vum Metall am Schlëssellach an d'Stéierung vum Schmelzbecken. Grouss Poren entstinn haaptsächlech duerch déi ze séier Ofkillungsgeschwindegkeet beim Laserpunktschweißen, wouduerch dem Metall ronderëm d'Schlëssellach net genuch Zäit gëtt fir sech zréckzefëllen. Am Allgemengen si kleng Poren ufälleg fir sech beim Laangpulspunktschweißen ze bilden, während grouss Poren wahrscheinlech beim Kuerzpulspunktschweißen optrieden.
Et ginn zwou Plazen, wou Poren am wahrscheinlechsten beim Laserpunktschweißen optrieden: eng ass no bei der Schmelzzon an der Mëtt vum Schweißpunkt, an déi aner ass un der Wuerzel vun der Schweißnaht. Schmelzbiller, déi mat Röntgen opgeholl goufen, weisen datt Poren no bei der Schmelzzon haaptsächlech duerch eng Verengung verursaacht ginn, wann d'Schlëssellach zougeet; fir Poren un der Schweißnahtwurzel ginn se haaptsächlech duerch den Zesummebroch vum Schlëssellach geformt, well de Laser séier no der Schlëssellachbildung verschwënnt.
3. Hänken
D'Aushängen ass e kloert Phänomen beim Laserpunktschweissen. Dat zentralt Aushängen op der Schweesspunktuewerfläch an d'Metallakkumulatioun ronderëm si ginn duerch d'Réckschlagkraaft verursaacht, déi duerch d'Metallverdampfung entsteet, déi de flëssege Metall op d'Schweesspunktuewerfläch dréckt. Wärend dem Ofkillprozess verfestigt dat akkumuléiert Metall op der Uewerfläch séier a kann net komplett zréckgefëllt ginn. Zousätzlech ass de Materialverloscht, deen duerch séier Metallverdampfung a Sprëtzen verursaacht gëtt, en anere Faktor, deen zum zentralen Aushängen bäidréit. D'Pulszäit huet e wesentlechen Afloss souwuel op d'Aushängen vun der Schweesspunktuewerfläch wéi och op d'Bildung vu Poren. Zefriddestellend Schweesspunkte kënnen duerch d'Optimiséierung vun der Pulswelleform an der Zäit erreecht ginn.
4. Auswierkunge vum Defokus op d'Schweißpunkten
Ännerungen an der Defokusquantitéit änneren direkt den Duerchmiesser vum Punkt an d'Energiedicht. Wann d'Defokusquantitéit souwuel an negativer wéi och an positiver Richtung eropgeet, bedeit dat, datt den Duerchmiesser vum Punkt eropgeet an d'Energiedicht erofgeet. Beim Laserpunktschweißen gëtt et eng gewëssen entspriechend Bezéiung tëscht dem Duerchmiesser vum Punkt an der Gréisst vum initialen Schlëssellach, deen duerch de Laser, deen op d'Teststéck fällt, geformt gëtt, während d'Energiedicht d'Expansiounsquote vum Schmelzbad bestëmmt. Wann den Absolutwäert vun der Defokusquantitéit kleng ass, ass den Duerchmiesser vum Laserpunkt kleng, d'Laserleistungsdicht héich an d'Expansiounsquote vum Schmelzbad vum Schweißpunkt ass séier, awer den Duerchmiesser vum initialen Schlëssellach ass kleng. Am Géigendeel, wann d'Defokusquantitéit grouss ass, ass den Duerchmiesser vum initialen Schlëssellach grouss, awer d'Expansiounsquote vum Schmelzbad verlangsamt sech, an déi resultéierend Gréisst vum Schweißpunkt kann net grouss sinn. Dofir bestëmmt während der Ännerung vun der Defokusquantitéit den ëmfaassenden Effekt vum Punktduerchmiesser an der Uewerflächenleistungsdicht vum Schweißpunkt d'Gréisst vum Schweißpunkt.
III. Uwendung vun der Laserpunktschweisstechnologie
Laserpunktschweißen huet eng héich Geschwindegkeet, eng grouss Duerchdringungsdéift, minimal Deformatioun a kann bei Raumtemperatur oder ënner spezielle Konditioune mat einfachem Schweessgerät duerchgefouert ginn. Zousätzlech huet d'Entstoe vun Héichfrequenz-Pulslaser (mat enger Frequenz méi héich wéi 40 Impulser pro Sekonn) déi breet Uwendung vum Laserpunktschweißen bei der Montage a Schweessung vu Mikro- a klenge Komponenten an der automatiséierter Masseproduktioun erméiglecht. Beim Schweesse vu klenge elektronesche Komponenten, déi eng kleng hëtzebeaflosst Zon erfuerderen - wéi d'Verbindung tëscht Glas a Metall, d'Verbindung vu Gelenker an hëtzeempfindleche Hallefleiterschaltkreesser an d'Verbindung tëscht verschiddene Metaller an Drot - ass d'Laserpunktschweißen méi virdeelhaft wéi traditionell Punktschweißprozesser (z. B. Widerstandspunktschweißen), mat verschmotzungsfräie Schweesspunkten an héijer Schweessqualitéit. Figur 6-60 weist en Uwendungsbeispill vum Laserpunktschweißen bei der Produktioun vun Autoscheinwerfer: e 500W Festkierper-Pulslaser generéiert véier ähnlech Schweesspunkten mat enger ganz héijer Pulsfrequenz.
Beim Duerchféiere vu Präzisiounspunktschweißen op Mikrostrukturen mat héijer Pulsenergie hunn gepulste Nd:YAG-Laseren technesch an ekonomesch Virdeeler. An de meeschten industrielle Punktschweißapplikatioune ginn am Fong gepulste Festkierperlaser mat enger duerchschnëttlecher Leeschtung vu 50 W an enger Pulsleistung vu méi wéi 2 kW benotzt. De Laser kann direkt op d'Werkstéck wierksam maachen, andeems en optesch Faseren oder kombinéiert Fokussierungslënsen benotzt.
Laserpunktschweißen ass op eng breet Palette vu Materialien uwendbar. Zum Beispill, beim Punktschweißen vu Li-Batterien, mat Nd:YAG-Laser-PunktschweisstechnologieVerschidde Metaller ze verbannen ass méi effizient wéi TIG-Schweißen a Widerstandspunktschweißen. Besonnesch well optesch Fasere benotzt gi fir Laser während der Produktioun ze iwwerdroen, ass et bequem séier a flexibel tëscht verschiddenen Aarbechtsbänken ze wiesselen.
Zesummegefaasst huet Laserpunktschweissen déi folgend Charakteristiken:
- Mat der Erhéijung vun der Laserleistung schwankt den Uewerflächenduerchmiesser vum Schweesspunkt no uewen an no ënnen, während den Duerchmiesser vun der Schmelzoberfläch an der ënneschter Uewerfläch lues zouhuelen. D'Ännerung vun der Querschnittsform vum Schweesspunkt ass net offensichtlech. Mat der Dauer hëlt d'Gréisst vum Schweesspunkt séier zou, an d'Ännerungsquote vum Duerchmiesser vun der Schmelzoberfläch ass méi grouss wéi déi vum ieweschten an ënneschten Uewerflächenduerchmiesser. D'Ännerung vun der Defokusséierung huet e wesentlechen Afloss op d'Gréisst vum Schweesspunkt. Et ännert direkt den Duerchmiesser vun der Plaz an d'Laserleistungsdicht, an den ëmfaassenden Effekt vun dësen zwee Faktoren bestëmmt d'Gréisst vum Schweesspunkt.
- Am Fall vun enger voller Penetratioun gëtt et eng kloer Verdéiwung op der Uewerfläch vun der Laserpunktschweiss. Mat der Erhéijung vun der Laserleistung an der Dauer klëmmt d'Verdéiwung op der Schweesspunktuewerfläch. Wann d'Dauer oder d'Spaltgréisst grouss ass, kann och déi ënnescht Uewerfläch eng Verdéiwung weisen.
- Mat der Zouhuele vun der Spalt ginn déi allgemeng Deformatioun vum Schweesspunkt, d'zentralt Verschleiss an d'Verdéiwung däitlech. D'Schmelzoberfläch schrumpft, an d'Festigkeet hëlt séier of. Aktuell gëtt beim Schweesse vu Widderstänn, Batterien an am Elektronikberäich de Prozess vum gläichzäitege Schweesse vun zwou Punkten dacks benotzt, woubäi normalerweis en Design mat zwou Laserliichtquellen adoptéiert gëtt.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 27. Oktober 2025
