Während des handgeführten Laserschweißprozesses wird der Laserstrahl durch das optische System fokussiert, um eine Region mit hoher Energiedichte auf der Oberfläche des Werkstücks oder im Inneren des Materials zu bilden.Die Fokusposition bestimmt die Energieverteilung pro Flächeneinheit, die Form der Schmelzbecken und die Qualität der Schweißnahtbildung und ist einer der wichtigsten Prozessparameter, die die Stabilität des Schweißens und die Schweißqualität beeinflussen.
Die Fokusposition wird normalerweise als Nullpunkt auf die Werkstückoberfläche bezogen und kann in positive Fokus, negative Fokus und defocused Zustände eingeteilt werden.
1. Schweißmerkmale mit Fokus auf der Werkstückoberfläche (Nullfokus)
Wenn sich der Laserfokus auf der Werkstückoberfläche befindet, ist der Laserfleckendurchmesser minimal und die Energiedichte maximal.Die Kopplungseffizienz zwischen Laser und Material ist hoch.
Die Schweißmerkmale sind wie folgt:
Schnelle Einleitung von Schmelzbecken und stabiler Schweißprozess
Schmale Schweißnaht mit klaren Grenzen
Konzentrierte Penetrationstiefe und hohe Energieeffizienz
geeignet für Dünnmaterialien und Präzisionsschweißverfahren
Beim Handlaserschweißen erfordert die Aufbewahrung des Fokus auf der Oberfläche eine hohe Betriebstabilität.Schwankungen in der Taschenhöhe während des Schweißens können leicht zu Schwankungen in der Durchdringung und der Schweißmorphologie führen.
2. Schweißphänomene unter positiven Brennbedingungen
Positiver Fokus bezieht sich auf den Zustand, in dem der Laserfokus unterhalb der Werkstückoberfläche platziert ist, d. h. der Brennpunkt befindet sich im Inneren des Materials.
Zu den Schweißphänomenen gehören:
Spitzenlaserenergiedichte im Material
Erhöhte Penetrationstiefe und höhere Tiefe-Breite-Verhältnis
Ausgesprochene Schlüssellocheneffekte mit erhöhter Längsschweißdurchdringung
Relativ eingeschränkte Oberfläche geschmolzener Becken und ein schmaleres Schweißbild
Der positive Fokus eignet sich für das Schweißen von mittleren bis dicken Platten oder für Anwendungen, bei denen ein größeres Durchdringungsvermögen erforderlich ist.Übermäßige Schärftiefe kann zu einer unzureichenden Oberflächenfusion oder unvollständiger Schweißbildung führen.
3. Schweißphänomene unter negativen Brennbedingungen
Ein negativer Fokus bezieht sich auf den Zustand, in dem sich der Laserfokus über der Werkstückoberfläche befindet, was bedeutet, dass der Laserstrahl beginnt zu divergieren, bevor er das Material erreicht.
Zu den Schweißphänomenen gehören:
Erweiterter Spotdurchmesser und reduzierte Energiedichte
Erhöhte Schweißbreite und verringerte Durchdringungsspiegel
Schwächung oder Beseitigung des Schlüssellochseffekts
Verbesserte Oberflächenglatheit der Schweißnaht
Unter schlechten Fokusbedingungen ist die Laserenergieverteilung gleichmäßiger und eignet sich daher für das Schweißen von dünnen Platten und Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenform.mit einer Breite von nicht mehr als 15 mm, hilft ein moderater negativer Fokus, Spritzen zu reduzieren und Verbrennung zu unterdrücken.
4. Schweißmerkmale unter verschärften Bedingungen
"Fokusverlust" bezeichnet den Zustand, in dem der Fokus weit von der Werkstückoberfläche entfernt ist, unabhängig davon, ob er sich in der positiven oder negativen Richtung befindet.die zu einer signifikanten Verringerung der Energiedichte führt.
Zu den Schweißmerkmalen gehören:
Schwierigkeiten bei der Bildung oder Aufrechterhaltung eines stabilen geschmolzenen Pools
Unzureichende Durchdringung und ein hohes Risiko einer fehlenden Fusion
Breite und flache Schweißnähte mit lockerer Formation
Hohe Empfindlichkeit des Schweißprozesses gegenüber Geschwindigkeitsänderungen
Bei der Handlaserschweißung ist es in der Regel nicht möglich, bei einem stabilen Schweiß zu fokussieren und wird hauptsächlich bei speziellen Prozessen mit geringer Wärmezufuhr oder Oberflächenheizung verwendet.Übermäßige Verblendung reduziert die Schweißkonsistenz erheblich.
5. Vergleich von Schweißwirkungen unter verschiedenen Fokuszuständen
Verglichen mit dem Fokus auf der Werkstückoberfläche:
Positiver Fokus verbessert die Durchdringungs- und Schweißfähigkeit und eignet sich für Anwendungen mit hoher Strukturfestigkeit
Ein negativer Fokus erhöht die Schweißbreite, verbessert das Oberflächenbild und verringert das Risiko einer übermäßigen Energiekonzentration
Das Defocusing verringert die Gesamtenergiedichte und ist für ein stabiles Schweißen ungünstig
In praktischen Anwendungen sollte die Fokusposition in Kombination mit Materialtyp, Plattendicke, Schweißgeschwindigkeit und Laserleistung eingestellt werden.
6. Prozessbedeutung der Fokusposition beim Handlaserschweißen
Das Handlaserschweißen stellt hohe Anforderungen an Betriebstabilität und Prozessverträglichkeit.
Verbesserung der Schweißstabilität und Verringerung der Auswirkungen der Bewegung des Bedieners
Ausgleich der Durchdringung und der Schweißnahtbildung
Verringerung von Spritz- und Schweißfehlern
Verbesserung der Anpassungsfähigkeit unter komplexen Schweißbedingungen
Die Anpassung der Fokusposition erfolgt typischerweise durch die Steuerung der Taschenlampehöhe oder die Anpassung des Fokussierungssystems und ist ein wesentlicher Schritt bei der Optimierung des handgeführten Laserschweißprozesses.