Die rasante Entwicklung der Laserschweißtechnologie wird von den Menschen aufgrund der Tiefe, Durchdringung und Verformungsfreiheit des Schweißens begünstigt. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Beschreibung des Laserschweißens von Edelstahl
Was ist Edelstahl?
Edelstahl ist eine Metalllegierung, die für ihre Rost- und Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Edelstahl ist eine korrosionsbeständige Legierung aus Eisen, Chrom und in einigen Fällen Nickel und anderen Metallen. Er ist bekannt für seine Recyclingfähigkeit, Umweltneutralität, Langlebigkeit, Ästhetik, hygienischen Eigenschaften, Wartungsfreundlichkeit, Haltbarkeit und Vielseitigkeit. Edelstahl bildet bei Kontakt mit Sauerstoff eine passive Chromoxidschicht auf seiner Oberfläche, die einen selbstheilenden Schutz bietet.
Eigenschaften von Edelstahl:
Zusammensetzung: Hauptsächlich Eisen, aber mit mindestens 10,5 % Chrom. Chrom bildet eine dünne, unsichtbare Schicht aus Chromoxid auf der Oberfläche und schützt den Stahl vor weiterer Oxidation (Rostbildung).
Andere Elemente: Nickel wird oft hinzugefügt, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen und die Verarbeitbarkeit zu verbessern. Molybdän sorgt auch in raueren Umgebungen für zusätzliche Festigkeit.
Korrosionsbeständigkeit: Der Chromgehalt macht ihn selbst in feuchten Umgebungen sehr rost- und fleckenbeständig. Dies macht ihn zu einer beliebten Wahl für Anwendungen wie Kochgeschirr, Tafelgeschirr und architektonische Elemente.
So laserschweißen Sie Edelstahl
Edelstahlgüte:
304: Allgemeine Güte, weit verbreitet aufgrund der Wirtschaftlichkeit und guten Korrosionsbeständigkeit.
316L: Bessere Korrosionsbeständigkeit als 304, insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen (wie Salzwasser). „L“ steht für einen geringeren Kohlenstoffgehalt, was die Schweißbarkeit verbessert.
Edelstahleigenschaften:
Korrosionsbeständig: Beständig gegen Rost und Flecken, wodurch er sich ideal für eine Vielzahl von Anwendungen eignet.
Haltbarkeit: Stark genug, um hohen Temperaturen standzuhalten.
Hygienisch: Leicht zu reinigen und zu pflegen, geeignet für Oberflächen, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen.
Ästhetik: Hat ein stilvolles, modernes Erscheinungsbild.
Laserschweißen von Edelstahl:
Leitungsschweißen: für dünne Platten
Tiefenschweißen: geeignet für dickere Materialien
Laserstrahlschweißen
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Vorteile des Laserschweißens von Edelstahl
- Konzentrierte Wärmequelle: Der Laserstrahl bietet eine konzentriertere Wärmequelle als andere Schweißverfahren, wie z. B. Lichtbogenschweißen. Dies bedeutet, dass die Wärme nur einen schmalen Bereich des Materials beeinflusst, wodurch die Verformung des umgebenden Bereichs minimiert wird.
- Schnelle Erstarrung und schmale WEZ: Der schnelle Schmelz- und Erstarrungsprozess beim Laserschweißen erzeugt eine schmale Wärmeeinflusszone (WEZ). Da viele der wichtigsten Eigenschaften von Edelstahl, wie Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit, von seiner Mikrostruktur abhängen, ist die Minimierung der WEZ von entscheidender Bedeutung. Edelstahl-Laserschweißen bewahrt diese wertvollen Eigenschaften von Edelstahl durch schnelle Erstarrung.
- Schweißen ungleichartiger Metalle: Edelstahl-Laserschweißen ist nicht nur für dieselbe Metallart geeignet, sondern kann auch zum Verbinden ungleichartiger Metalle wie Edelstahl, wie Aluminium, Kupfer oder Titan, verwendet werden. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Materialverträglichkeit sorgfältig berücksichtigt werden muss.
Sicherheitsvorkehrungen beim Laserschweißen von Edelstahl
Treffen Sie Sicherheitsvorkehrungen:
Die Augen sind besonders gefährdet: Laserstrahlung kann bleibende Augenschäden verursachen. Tragen Sie beim Arbeiten immer eine Laserschutzbrille oder Schutzbrille, die den entsprechenden Normen wie BS EN 207:2017 entspricht, um Ihre Augen zu schützen.
Hautschutz: Tragen Sie flammhemmende Kleidung und Handschuhe, um Verbrennungen durch Laserstrahlung zu vermeiden, die auf die freiliegende Haut gelangen kann.
Richten Sie einen sicheren Arbeitsbereich ein:
Eigene Laserschweißkammer: Eine geschlossene Schweißkammer mit ausreichender Belüftung ist entscheidend. Wände, Decken und Fenster sollten aus lasersicheren Materialien bestehen.
Lasersicherheits-Sichtfenster: Ermöglicht die Beobachtung des Prozesses ohne Beeinträchtigung der Sicherheit.
Hochleistungs-Absaugsystem: Entfernt schädliche Dämpfe und Schadstoffe.
Sicherheitsverriegelungs-Eingangstür: Verhindert unbefugten Zutritt während des Laserbetriebs.
Warnleuchten und Alarme: Machen das Personal auf mögliche Gefahren aufmerksam.
Sicherheitsschulung:
Warnschilder: Arbeitgeber müssen deutliche Warnschilder anbringen, umfassende Schulungen zur Lasersicherheit anbieten und sicherstellen, dass die Mitarbeiter persönliche Schutzausrüstung (PSA) angemessen verwenden.
Sicherheitsvorschriften: Regelmäßige Risikobewertungen und die Einhaltung von Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften, wie sie beispielsweise von der Health and Safety Executive (HSE) festgelegt wurden, sind von entscheidender Bedeutung.
Laserschweißverfahren: Schritt für Schritt
Vorbereitungsarbeiten:
Hygiene ist entscheidend: Werkstücke sollten gründlich gereinigt werden, um Verunreinigungen wie Öl, Fett oder Staub zu entfernen. Dies gewährleistet eine starke und saubere Schweißnaht.
Montage und Ausrichtung: Eine ordnungsgemäße Montage bedeutet, dass zwei Teile genau miteinander verbunden werden. Ausrichtungsvorrichtungen oder -vorrichtungen können verwendet werden, um Komponenten während des Schweißens fest in Position zu halten.
Verbindungen entwerfen: Entwerfen Sie Verbindungskonfigurationen wie Stumpfstöße oder Überlappstöße entsprechend unterschiedlicher Anwendungen.
Vorrichtungen nach oben: Während des gesamten Lichtbogens werden sie durch Vorrichtungen oder Klemmen in der richtigen Position gehalten.
Strahlfokussierung:
Leistungsabgabe: Durch Lenken des Laserstrahls auf eine bestimmte Schweißverbindung mit dem Ziel, die Energie dort zu konzentrieren. Während dieses Fokussierungsprozesses wird die endgültige Qualität der Schweißnaht, einschließlich ihrer Tiefe und Breite, erheblich beeinflusst.
Präzision ist von größter Bedeutung: Eine präzise Strahlfokussierung gewährleistet eine präzise Erwärmung und Schmelzung von Edelstahl an einem bestimmten Punkt.
Parameter festlegen:
Feinabstimmung des Prozesses: Bei der Auswahl der geeigneten Laserleistung, Geschwindigkeit, Strahldurchmesser, Pulsdauer (für Pulslaser), Wiederholungsrate und anderer Schweißparameter
Energie steuern: Diese Parameter bestimmen die Menge der abgegebenen Energie, die Wärmezufuhr und die Größe der Wärmeeinflusszone (WEZ).
Maßgeschneiderter Ansatz: Einstellungen wie Festigkeit, Durchdringung und minimale Verformung müssen optimiert werden, um die gewünschten Schweißeigenschaften zu erhalten.
Schweißprozess:
Verschmelzen und Schmelzen – Wenn ein fokussierter Laserstrahl metallisches Material entlang seines Weges schmilzt, um eine Schweißnaht herzustellen, bildet sich entlang der Fugennut ein Schmelzbad
Starke und zuverlässige Verbindung – Wenn das geschmolzene Metall abkühlt und erstarrt, entsteht eine starke und zuverlässige Schweißnaht zwischen den beiden Edelstahlteilen
Abkühlung und Erstarrung:
Schnelle Abkühlung: Laserschweißen fördert die schnelle Erstarrung von geschmolzenem Metall und ermöglicht schnelle Heiz- und Abkühlzyklen.
Reduzierte Spannung: Die richtige Kühlung ist entscheidend, um die gewünschte Schweißleistung zu erzielen und die Restspannung innerhalb der Verbindung zu minimieren.
FAQ
Empfohlene Laserschweißparameter für Edelstahl 316
- Leistung für Durchdringung: Hochwertige Schweißnähte aus Edelstahl 316 wurden bei einer Spitzenleistung von etwa 160 kW erreicht.
- Frequenz zur Steuerung: Eine Schweißfrequenz von 9 Hz ermöglicht eine effektive Steuerung während des Schweißvorgangs selbst.
- Auf die Geschwindigkeit kommt es an: Die ideale Schweißgeschwindigkeit zum Erreichen guter Schweißeigenschaften liegt bei etwa 3,33 mm/ms.
- Pulsdauer für Präzision: Es wird empfohlen, dass die Pulsdauer etwa 2,53 ms beträgt, insbesondere bei Verwendung von gepulsten Lasern.
Häufige Herausforderungen beim Laserschweißen von Edelstahlrohren
- Heißrissbildung: Austenitische rostfreie Stähle wie 316L können aufgrund von Verflüssigungsrissen und Erstarrungsproblemen während des Schweißvorgangs Heißrissbildung entwickeln.
- Karbidausscheidung: Austenitischer rostfreier Stahl ist einer Karbidausscheidung ausgesetzt, bei der sich Chrom mit der Karbidstruktur verbindet. Dieses Phänomen beeinträchtigt die Leistung der Schweißverbindung und die Härte der Schweißnaht.
- Materialverträglichkeit: Beim Laserschweißen zum Schweißen unterschiedlicher Metalle, wie Edelstahl mit anderen Materialien wie Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen oder Titanlegierungen, ist die Sicherstellung der Materialverträglichkeit und die Auswahl geeigneter Füllmaterialien entscheidend, um Probleme wie Risse und schlechte Verbindungsqualität zu vermeiden.
- Schweißparameter optimieren: Um qualitativ hochwertiges Laserschweißen an Edelstahlrohren zu erreichen, müssen Schweißparameter, Laserleistung, Strahlqualität, Pulsdauer, Frequenz und Schweißgeschwindigkeit sorgfältig ausgewählt und optimiert werden.
Welche Art von Gas wird zum Laserschweißen von Edelstahl verwendet?
Häufig verwendete Gase sind Argon, Stickstoff usw. Verschiedene Gase haben unterschiedliche Vorteile unddisadvantages, and they need to be selected according to specific requirements when selecting.
