Der Druckpegel muss fein optimiert werden, basierend auf Parametern wie demSchweißmaterial,Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit, Düsentyp und -abstand. Sein Einfluss manifestiert sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten:
Der Einfluss auf den Schutz der Schweißnaht
Niedriger Luftdruck
Unzureichender Schutz: Der Gasfluss und -druck reichen nicht aus, um die Luft unter der Düse effektiv zu verdrängen, was zum Einschließen von Luft, Oxidation und Nitrierung des Schweißmetalls führt. Die Schweißoberfläche erscheint dunkelgelb, blau oder sogar schwarz. In schweren Fällen treten Defekte wie Poren und Schlackeneinschlüsse auf, und die Zähigkeit und Festigkeit der Schweißnaht nehmen deutlich ab.
Abschirmungsfehler: Unfähig, die Plasmawolke effektiv zu unterdrücken, dehnt sich das Plasma übermäßig aus, absorbiert und streut Laserenergie, was zu einer Verringerung der Schweißtiefe oder sogar zur Unfähigkeit führt, den Schweißprozess fortzusetzen (die Schweißnaht dringt nicht ein).
Übermäßiger Luftdruck
Turbulenzenbildung: Übermäßiger Luftstrom wechselt von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung, wodurch die Umgebungsluft in den geschützten Bereich gesaugt wird, was die Schutzwirkung des Gases stört und auch dazu führt, dass die Schweißnaht oxidiert.
Störung des Schmelzbades: Hochgeschwindigkeits-Luftstrom übt einen starken Einfluss auf die Oberfläche des Schmelzbades aus, was dazu führen kann, dass das Schmelzbad vibriert und spritzt, was zu unregelmäßiger Schweißnahtbildung, rauer Oberfläche und sogar Pfützenbildung oder Schweißnahtdurchdringung führt (insbesondere beim Dünnblechschweißen).
2. Auswirkungen auf die Schweißnahtbildung und die Einbrandtiefe
Mäßiger Druck: Er kann das Plasma effektiv unterdrücken und sicherstellen, dass die Laserenergie effizient in das Werkstück eingebracht wird, wodurch die maximale und stabile Einbrandtiefe erreicht wird. Gleichzeitig trägt der stabile Luftstrom dazu bei, eine glatte, kontinuierliche und ästhetisch ansprechende Schweißoberfläche zu bilden.
Niedriger Luftdruck: Aufgrund der Plasmaabschirmwirkung nimmt die effektive Laserenergie ab und die Einbrandtiefe wird flacher.
Übermäßiger Druck: Obwohl er das Plasma effektiver verteilen kann, kann er die Schweißnahteinbrandtiefe leicht erhöhen. Der wichtigere Effekt ist jedoch, dass die Blaswirkung des Luftstroms auf die geschmolzene Flüssigkeit die Geometrie der Schweißnaht verändert, sie breiter macht, die Schweißnaht erhöht und sogar "fingerartige" Schweißnahtdurchdringung bildet, was den mechanischen Eigenschaften nicht förderlich ist.
3. Auswirkungen auf Schweißfehler
Porosität: Porosität ist einer der häufigsten Fehler beim Laserschweißen. Ein angemessener Druck hilft, die Metallverdampfung und kleine Blasen, die während des Schweißprozesses entstehen, aus dem Schmelzbad herauszuleiten, wodurch die Bildung von Porosität reduziert wird.
Der Luftdruck ist zu niedrig, und die Reinigungsfähigkeit des Schutzgases ist schwach, wodurch es für die Gase im Schmelzbad schwierig wird, abgeführt zu werden.
Übermäßiger Druck verursacht Turbulenzen und Störungen im Schmelzbad, was stattdessen dazu führen kann, dass das Gas in das Schmelzbad gesaugt oder der normale Abgasprozess gestört wird, wodurch die Tendenz zu Gasporositäten erhöht wird.
Spritzer: Übermäßiger Druck ist eine der Hauptursachen für Spritzer. Der Hochgeschwindigkeits-Luftstrom trifft auf das Schmelzbad und bläst die geschmolzenen Metallpartikel vom Bad weg und sprüht sie auf die Werkstückoberfläche. Dies kontaminiert nicht nur das Werkstück und beeinträchtigt sein Aussehen, sondern führt auch zum Verlust des Grundmaterials der Schweißnaht, was zu Defekten wie Hinterschneidungen und Gruben führt und die effektive Tragfläche der Schweißnaht reduziert.
III. So wählen und optimieren Sie den Luftdruck
Gastyp: Helium (He) hat eine hohe Ionisierungsenergie und bietet die beste Unterdrückungswirkung für Plasma; der erforderliche Druck kann relativ niedriger sein. Argon (Ar) ist schwerer und bietet einen guten Schutz, hat aber eine schwächere Fähigkeit, Plasma zu unterdrücken; manchmal ist ein etwas höherer Druck erforderlich, um dies auszugleichen. Stickstoff (N₂) ist für bestimmte Stähle geeignet, wird aber im Allgemeinen nicht für Aluminiumlegierungen, hochlegierte Stähle usw. verwendet.
Düsendesign: Der Durchmesser, die Höhe und der Winkel der Düse bestimmen das Gasströmungsfeld und den Abdeckungsbereich. Düsen mit größeren Durchmessern erfordern in der Regel einen höheren Druck und eine höhere Durchflussrate, um einen ausreichenden Schutzgasvorhang aufrechtzuerhalten.
Schweißparameter: Hohe Laserleistung und hohe Schweißgeschwindigkeit erzeugen mehr Metallverdampfung und Plasma, und in der Regel ist ein höherer Druck erforderlich, um dies effektiv zu kontrollieren.
Praktisches Debugging: Der optimale Druck wird in der Regel durch Prozessexperimente (DoE) ermittelt. Nach dem Fixieren aller anderen Parameter, durch Ändern des Druckwerts, beobachten Sie die Bildung, Farbe der Schweißnaht, testen Sie ihre Porositätsrate und mechanischen Eigenschaften und finden Sie dadurch den optimalen Bereich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Druck des Schutzgases ein entscheidender Parameter ist, der im Laserschweißprozess fein gesteuert werden muss. Unzureichender Druck führt zu unzureichendem Schutz, Plasmaabschirmungsversagen und einer geringeren Schweißtiefe; übermäßig hoher Druck verursacht Turbulenzen, Störungen im Schmelzbad und erhöhte Spritzer. Nur durch das vollständige Verständnis seiner Wirkungsweise, die Kombination spezifischer Materialien, Geräte und Prozessparameter und durch systematische Experimente, um einen geeigneten und stabilen Druckbereich zu finden, können die positiven Auswirkungen des Schutzgases maximiert und hochwertige Laserschweißnähte mit schöner Formgebung, hervorragender Leistung und ohne Defekte erzielt werden. Daher ist die präzise Steuerung der Druckgröße eine notwendige Fähigkeit, um eine qualitativ hochwertige Laserschweißproduktion zu erreichen.