In modernen industriellen Fertigungsöfensind Laserschweißen und Lichtbogenschweißenwie zwei scharfe Werkzeuge mit unterschiedlichen Kanten, die gemeinsam die enorme Nachfrage nach Metallverbindungen unterstützen. Von präzisen und winzigen medizinischen Geräten bis hin zu großen Strukturen wie Schiffen und Brücken, obwohl sich ihre Anwendungsbereiche manchmal überschneiden, bilden sie auch deutliche Unterschiede in den Kerneigenschaften. Ein gründliches Verständnis der wesentlichen Unterschiede zwischen diesen beiden Haupttechnologien ist der wichtigste Eckpfeiler, um eine präzise Auswahl zu treffen und die Effizienz in der technischen Praxis zu maximieren.
I. Energiequellen: Von Lichtquanten zu ionisierenden Lichtbögen
Laserschweißen: Laserschweißen ist ein effizientes und präzises Schweißverfahren, das einen Laserstrahl mit hoher Energiedichte als Wärmequelle verwendet. Laserschweißen ist eine der wichtigsten Anwendungen der Laser-Materialbearbeitungstechnologie. Laserschweißen kann durch Verwendung von kontinuierlichen oder gepulsten Laserstrahlen erreicht werden. Die Prinzipien des Laserschweißens können in Wärmeleitungsschweißen und Laser-Tiefschweißen unterteilt werden.
Das Prinzip des Wärmeleitungslaserschweißens ist wie folgt: Die Laserstrahlung erhitzt die zu bearbeitende Oberfläche, und die Oberflächenwärme diffundiert durch Wärmeleitung in das Innere. Durch die Steuerung der Laserparameter wie Breite, Energie, Spitzenleistung und Wiederholfrequenz des Laserpulses wird das Werkstück geschmolzen, um ein spezifisches Schmelzbad zu bilden.
(1) Leistungsdichte Die Leistungsdichte ist einer der wichtigsten Parameter bei der Laserbearbeitung. Durch die Verwendung einer relativ hohen Leistungsdichte kann die Oberflächenschicht innerhalb eines Mikrosekundenbereichs auf den Siedepunkt erhitzt werden, wodurch eine große Menge an Verdampfung erzeugt wird. Daher ist eine hohe Leistungsdichte vorteilhaft für die Materialabtragung, wie z. B. Bohren, Schneiden und Gravieren. Bei geringerer Leistungsdichte dauert es mehrere Millisekunden, bis die Temperatur der Oberflächenschicht den Siedepunkt erreicht. Bevor die Oberflächenschicht verdampft, erreicht die untere Schicht den Schmelzpunkt, was die Bildung einer guten Schmelzverbindung begünstigt.
(2) Laserpuls-Wellenform. Die Wellenform von Laserpulsen ist ein wichtiges Thema beim Laserschweißen, insbesondere beim Schweißen von dünnen Blechen. Wenn ein hochintensiver Laserstrahl auf die Oberfläche eines Materials gerichtet wird, werden 60 bis 98 % der Laserenergie auf der Metalloberfläche reflektiert und gehen verloren, und der Reflexionsgrad variiert mit der Oberflächentemperatur. Während der Dauer eines Laserpulses variiert der Reflexionsgrad von Metallen stark.
(3) Laserpulsbreite. Die Pulsbreite ist einer der wichtigen Parameter beim gepulsten Laserschweißen. Sie ist nicht nur ein entscheidender Parameter, der die Materialabtragung vom Materialschmelzen unterscheidet, sondern auch ein Schlüsselparameter, der die Kosten und das Volumen der Bearbeitungsgeräte bestimmt.
(4) Schweißgeschwindigkeit. Die Schweißgeschwindigkeit beeinflusst die Wärmezufuhr pro Zeiteinheit. Wenn die Schweißgeschwindigkeit zu langsam ist, ist die Wärmezufuhr zu groß, wodurch das Werkstück durchbrennt. Wenn die Schweißgeschwindigkeit zu hoch ist, ist die Wärmezufuhr zu gering, was dazu führt, dass das Werkstück nicht durchdrungen wird.
Lichtbogenschweißen: Seine Energie stammt von dem Lichtbogen, der durch die kontinuierliche Entladung zwischen der Elektrode (Elektrode oder Draht) und dem Werkstück gebildet wird. Die durch den Lichtbogen erzeugte hohe Temperatur (normalerweise über 5000 °C) bewirkt, dass die Elektrode und das Grundmetall gleichzeitig schmelzen, um ein Schmelzbad zu bilden. Je nach Art der Elektrode und der Schutzmethode wird es weiter in mehrere Verfahren unterteilt:
Metallschutzgasschweißen (MIG/MAG): Führen Sie den Schweißdraht kontinuierlich als Elektrode zu und sprühen Sie gleichzeitig inertes oder aktives Schutzgas (Argon, CO₂ oder deren Mischungen).
Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG): Es verwendet eine hitzebeständige Wolfram-Elektrode und wird durch Inertgas (hauptsächlich Argon) geschützt. Zusatzdraht kann hinzugefügt werden oder nicht, und das Grundmaterial wird durch die Hitze des Lichtbogens geschmolzen.
Lichtbogenschweißen mit umhüllter Elektrode (SMAW): Die umhüllte Elektrode schmilzt unter der Hitze des Lichtbogens, und die Umhüllung erzeugt Schutzgas und Schlacke, um das Schmelzbad zu bedecken.
Unterpulverschweißen (SAW): Der Schweißdraht und der körnige Flussmittel werden gleichzeitig in die Lichtbogenzone eingespeist. Der Lichtbogen brennt unter der Flussmittelschicht, und das Flussmittel schmilzt, um Schlacke zu bilden, die das Schmelzbad bedeckt.
II. Eingehende Analyse der Kernleistungsdimensionen
Laserschweißen: Wesentliche Vorteile. Die Energie ist hoch konzentriert, die Wärmezufuhr ist extrem gering und die wärmebeeinflusste Zone ist sehr schmal. Dies reduziert die Schweißverformung und die Eigenspannungen erheblich, insbesondere geeignet für dünne Bleche, Präzisionsteile und montierte Komponenten, wodurch die anschließenden umständlichen Korrekturprozesse effektiv vermieden werden.
Lichtbogenschweißen: Die Wärmezufuhr ist relativ hoch und weit verteilt, und die wärmebeeinflusste Zone ist deutlich breiter. Verformungs- und Eigenspannungsprobleme sind ausgeprägter, insbesondere beim Dünnblechschweißen, wo eine besonders sorgfältige Werkzeugkonstruktion und Schweißfolgenplanung erforderlich sind.
Schweißgeschwindigkeit und Effizienz
Laserschweißen: Wesentliche Vorteile. Es hat eine extrem hohe Energiedichte und eine Schweißgeschwindigkeit, die die meisten Lichtbogenschweißverfahren weit übertrifft. Seine Vorteile in Hochgeschwindigkeits-Automatisierungslinien sind unersetzlich.
Lichtbogenschweißen: Die Geschwindigkeit ist relativ langsam. Obwohl das Unterpulverschweißen oder das Hochgeschwindigkeits-MIG-Schweißen relativ hohe Geschwindigkeiten erreichen kann, sind sie in der Regel immer noch niedriger als beim Laserschweißen. Seine Effizienz wird durch die physikalischen Eigenschaften des Lichtbogens und den Tropfenübergangsprozess begrenzt.
Eindringvermögen und Nahtausbildung:
Laserschweißen: Vorteile (insbesondere Tiefschweißen). Der Schlüsselloch-Effekt macht es gut darin, Schweißnähte mit einem großen Verhältnis von Tiefe zu Breite zu erzielen, und es kann dicke Platten in einem einzigen Durchgang durchdringen. Schweißnähte sind in der Regel schmal und tief, mit einer glatten und schönen Oberfläche.
Lichtbogenschweißen: Sein Eindringvermögen ist relativ begrenzt, und das Verhältnis von Tiefe zu Breite ist gering. Das Schweißen dicker Platten erfordert in der Regel eine Abschrägung für Mehrlagen- und Mehrfachdurchgangsschweißen. Die Breite der Schweißnaht ist in der Regel größer als beim Laserschweißen, und die Ausbildung hängt von spezifischen Prozessparametern und den Fähigkeiten des Schweißers ab.
III. Materialanpassungsfähigkeit und Dickenbereich:
Laserschweißen
Vorteilhafte Materialien: Gängige Metalle wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminiumlegierung und Titanlegierung sind alle anwendbar. Für stark reflektierende Materialien wie Kupfer und Gold sind spezielle Wellenlängen (grünes Licht, blaues Licht) oder höhere Leistungen erforderlich, um die Reflexion zu überwinden.
Dickenbereich: Beherrscht in dünnen und mittleren Platten. Hochleistungslaser (wie 10.000-Watt-Faserlaser) können auch dickere Materialien (> 10 mm) schweißen, aber die Geräte kosten sind stark gestiegen. Das Schweißen von ungleichen Metallen (wie Stahl-Aluminium) hat großes Potenzial, erfordert aber eine präzise Steuerung.
Lichtbogenschweißen
Vorteile: Es ist auf eine extrem breite Palette von Materialien anwendbar und deckt fast alle schweißbaren Metalle ab (Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Nickelbasislegierungen, Gusseisen usw.). Es gibt keine besonderen Schwierigkeiten für stark reflektierende Materialien.
Dickenbereich: Extrem breite Anpassungsfähigkeit. Es kann alles von ultradünnen Folien (die spezielle Technologien wie Mikrostrahl-WIG/Plasma erfordern) bis hin zu riesigen Strukturen mit einer Dicke von Hunderten von Millimetern (wie Unterpulverschweißen für den Schiffbau und Elektroschlackeschweißen von dicken Platten) bewältigen und ist die Hauptkraft beim Schweißen dicker und großer Teile.
Das Laserschweißen hat sich mit seinen Eigenschaften wie hoher Geschwindigkeit, geringer Wärmezufuhr, hoher Präzision und großem Seitenverhältnis in den Bereichen der Präzisionsfertigung und der effizienten Automatisierung hervorgetan. Das Lichtbogenschweißen hat mit seinen Vorteilen der breiten Materialanpassungsfähigkeit, der starken Dickplattenkapazität, den niedrigen Geräte kosten und dem flexiblen Betrieb eine tiefe Grundlage in der Schwerindustrie und auf der Baustelle. Beide spielen ihre Stärken im großen Entwurf der industriellen Fertigung aus und treiben gemeinsam die kontinuierliche Ausweitung der Grenzen der Verbindungstechnologien voran. Die Weisheit eines Ingenieurs liegt darin, die Kernanforderungen spezifischer Anwendungsszenarien zu erkennen und den am besten geeigneten Ausgleichspunkt im Dreieck aus Kosten, Effizienz und Qualität zu finden, wodurch die Verbindung von Metallen sowohl fest und zuverlässig als auch effizient und wirtschaftlich wird.