Laser Welding vs. Traditional Welding: A Head-to-Head Comparison

Von prächtigen Brücken bis hin zu komplizierten elektronischen Bauteilen ist die Schweißtechnik allgegenwärtig. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie werden auch die Schweißverfahren ständig erneuert. Das Laserschweißen als aufstrebende Hochenergie-Strahlschweißtechnologie hat sich aufgrund seiner hohen Präzision, hohen Effizienz und geringen Verformung in verschiedenen Bereichen durchgesetzt und stellt eine große Herausforderung für herkömmliche Schweißverfahren dar.

In diesem Artikel wird der Vergleich zwischen dem Laserschweißen und herkömmlichen Schweißverfahren erörtert. Dabei werden verschiedene Aspekte wie Funktionsprinzipien, Vor- und Nachteile sowie Anwendungsbereiche ausführlich erläutert. Dies wird Ihnen helfen, ein umfassenderes Verständnis für die Vorteile und Grenzen des Laserschweißens und anderer Schweißverfahren zu erlangen und eine Referenz für die Auswahl des geeigneten Schweißverfahrens für verschiedene Branchen zu erhalten.

Wie funktioniert das Laserschweißen?

Beim Laserschweißen wird ein Laser als Wärmequelle eingesetzt, um Materialien zu erhitzen, so dass sie schmelzen und sich miteinander verbinden. Aufgrund der ausgezeichneten Monochromatizität und Richtwirkung des Lasers kann dieser leicht auf einen sehr feinen Punkt mit extrem hoher Energiedichte innerhalb des Punktes fokussiert werden. Daher ist das Hauptmerkmal des Laserschweißens das hohe Verhältnis von Tiefe zu Breite der Schweißnaht.

Das Laserschweißen kann an der Atmosphäre durchgeführt werden, und manchmal wird je nach Verarbeitungsanforderungen Schutzgas verwendet. Laser können hochschmelzende Werkstoffe schweißen und in einigen Fällen auch ungleiche Werkstoffe miteinander verbinden.

Mit der Entwicklung von Industrielasern, Steuerungstechnik und Werkzeugmaschinen werden die Faserlaserschweißgeräte immer kleiner, kompakter, effizienter, langlebiger und zuverlässiger. Sie sind mit Computern, drehbaren Linsen, mehrkanaliger Strahlteilung und Faserübertragung ausgestattet, um die betriebliche Flexibilität und den Automatisierungsgrad zu erhöhen.

Vorteile des Laserschweißens

Kurze Laserbestrahlungszeit, und extrem schnell Schweißverfahren

Dies trägt nicht nur zur Verbesserung der Produktivität bei, sondern verhindert auch, dass das geschweißte Material leicht oxidiert. Die Wärmeeinflusszone ist klein, so dass es sich für das Schweißen sehr wärmeempfindlicher Transistorbauteile eignet. Beim Laserschweißen entsteht keine Schlacke und das Werkstück muss nicht von der Oxidschicht befreit werden. Es kann sogar durch Glas hindurch geschweißt werden, was es insbesondere geeignet für das Schweißen von Miniatur-Präzisionsinstrumenten.

Schweißen ungleicher Werkstoffe

Laser können nicht nur gleichartige metallische Werkstoffe schweißen, sondern auch unterschiedliche metallische Werkstoffe und sogar metallische und nichtmetallische Werkstoffe. Die Verwendung von Keramik als Basis für integrierte Schaltkreise ist zum Beispiel eine Herausforderung mit Aufgrund des hohen Schmelzpunkts von Keramik und der Tatsache, dass es nicht ratsam ist, Druck auszuüben, sind andere Schweißverfahren nicht geeignet. Mit dem Laserschweißen ist dies jedoch relativ einfach möglich. Natürlich kann das Laserschweißen nicht alle unähnlichen Materialien schweißen.

Hoch Automatisierungsgrad

Das Laserschweißen ist leicht zu automatisieren und intelligent zu steuern. Mit Hilfe von CNC-Systemen und Robotertechnik lassen sich hochpräzise und hocheffiziente Schweißprozesse realisieren, die manuelle Eingriffe reduzieren, die Produktivität steigern und die Arbeitskosten senken.

Was sind die gängigen Schweißverfahren? Was sind die Unterschiede zwischen ihnen?

Das Verständnis der Funktionsprinzipien und Merkmale traditioneller Schweißverfahren hilft, die Unterschiede zwischen dem Laserschweißen und anderen Schweißverfahren zu verstehen und so das geeignete Schweißverfahren für Ihre Bedürfnisse zu ermitteln.

Lichtbogenschweißen

Beim Lichtbogenschweißen wird ein intensiver elektrischer Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Metallwerkstück als Wärmequelle erzeugt. Die hohe Temperatur des Lichtbogens schmilzt die Elektrode und das Metallwerkstück lokal auf. Der Zusatzwerkstoff in der Elektrode schmilzt ebenfalls und tritt in das Schmelzbad ein. Nachdem die Schmelze abgekühlt und erstarrt ist, Sie bildet eine Schweißnaht, die die Elektrode und das Werkstück verbindet.

Es gibt viele Arten des Lichtbogenschweißens, darunter SMAW (Shielded Metal Arc Welding), MIG-Schweißen (Metal Inert Gas Welding), WIG-Schweißen (Tungsten Inert Gas Welding), Plasmaschweißen und Unterpulverschweißen.

Laserschweißen vs. Lichtbogenschweißen

Beim Laserschweißen wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte als Wärmequelle verwendet, während beim Lichtbogenschweißen der Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Werkstück erzeugt wird. Die Energie des Laserstrahls ist konzentriert, was zu einem geringen Wärmeeintrag, einer schmalen Wärmeeinflusszone und einer minimalen Schweißverformung führt, wodurch es sich für Präzisionsschweißungen eignet. Schweißen und Dünnblechschweißen. Im Gegensatz dazu hat das Lichtbogenschweißen eine hohe Wärmeeinbringung, eine natürlich breitere Wärmeeinflusszone und eine größere Schweißverformung, wodurch es für das Schweißen großer Bauteile geeignet ist.
Laserschweißen hat eine viel schnellere Schweißen Geschwindigkeit als beim Lichtbogenschweißen, mit höherer Präzision und Schweißqualität. Das Laserschweißen ist ein berührungsloses Schweißverfahren, das keinen Zusatzwerkstoff erfordert, und der Schweißprozess ist rauchfrei und leicht zu automatisieren. Lichtbogenschweißen erfordert Zusatzwerkstoff, und der Schweißprozess erzeugt Rauch und Lichtbogenstrahlung, was zu einige Umweltverschmutzung und ein geringerer Automatisierungsgrad.
Die Kosten für Laserschweißgeräte sind relativ hoch, was ihre Anwendung in bestimmten Bereichen einschränkt. Lichtbogenschweißgeräte sind kostengünstig und einfach zu bedienen, so dass sie sich für Situationen eignen, in denen keine hohen Anforderungen an die Schweißqualität und -genauigkeit gestellt werden und die Strukturen einfach sind.

Hartlöten

Hartlöten ist ein Verfahren, bei dem Werkstücke mit einem Zusatzwerkstoff verbunden werden, der einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Grundwerkstoffe. Dabei werden die Werkstücke und das Lot auf eine Temperatur erhitzt, die über dem Schmelzpunkt des Lotes, aber unter dem Schmelzpunkt der Grundwerkstoffe liegt. Der geschmolzene Schweißzusatz fließt durch Kapillarwirkung in den Fügespalt, benetzt die Oberflächen der Grundwerkstoffe und unterliegt einer atomaren Diffusion. Nach dem Abkühlen und Erstarren bildet es eine Lötverbindung zwischen den Werkstücken.

Laserschweißen vs. Hartlöten

Beim Laserschweißen wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte eingesetzt, um das Werkstück lokal zu schmelzen und ein Schmelzbad zu bilden, das beim Abkühlen erstarrt und eine Verbindung bildet. Beim Hartlöten hingegen wird ein Zusatzwerkstoff verwendet, der einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Grundwerkstoffe. Es wird bis zum Schmelzen erhitzt, füllt den Fügespalt durch Kapillarwirkung und erstarrt beim Abkühlen, um eine Verbindung zu bilden. Beim Laserschweißen werden die Grundwerkstoffe also direkt aufgeschmolzen und verschmolzen, was zu einer hohen Verbindungsfestigkeit führt, die der Festigkeit der Grundwerkstoffe nahe kommt. Im Gegensatz dazu ist die Verbindungsfestigkeit beim Hartlöten relativ gering und wird durch die Festigkeit des Zusatzwerkstoffs begrenzt.
Das Laserschweißen eignet sich für verschiedene Metalle und einige Nichtmetalle, insbesondere für hochschmelzende und hochschmelzende Metalle. Hartlöten ist geeignet für eine Vielzahl von Metallwerkstoffe, insbesondere zum Verbinden unterschiedlicher Metalle, dünner Bleche und Präzisionsteile.
Das Laserschweißen ist in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik, der Medizintechnik und anderen Bereichen, in denen hohe Schweißqualität und Präzision erforderlich sind, weit verbreitet. Hartlöten ist Weithin in der Kälte- und Klimatechnik, in der Instrumentierung, im Schmuckbereich und in anderen Bereichen, in denen keine hohen Anforderungen an die Festigkeit der Verbindungen gestellt werden, aber eine gute Abdichtung und elektrische/thermische Leitfähigkeit erforderlich sind.

Elektronenstrahlschweißen (EBW)

Das Elektronenstrahlschweißen wird in einer Hochvakuumumgebung durchgeführt. Eine Elektronenkanone sendet einen Elektronenstrahl aus, das ist durch Hochspannung beschleunigt und durch elektromagnetische Linsen fokussiert. Der Strahl beschießt die Oberfläche des Werkstücks und wandelt kinetische Energie in Wärmeenergie um, wodurch das Werkstück zu lokal schmelzen und erreichen Schweißen.

Laserschweißen vs. EBW

Beim Laserschweißen wird ein Laserstrahl als Energiequelle verwendet, der in der Atmosphäre oder in einer Schutzgasumgebung eingesetzt werden kann. EBW nutzt einen beschleunigten Elektronenstrahl in einer Hochvakuumumgebung und muss in einer Vakuumkammer durchgeführt werden. Dies verschafft dem Laserschweißen einen Vorteil in Bezug auf die betriebliche Flexibilität, während EBW höhere Anforderungen an die Ausrüstung und die Betriebsumgebung stellt.
Die Energiedichte des EBW-Schweißens ist in der Regel höher als die des Laserschweißens, was einen tieferen Einbrand und schmalere Schweißnähte ermöglicht, so dass es sich besonders für das Schweißen dicker Bleche und das Fügen hochschmelzender Materialien eignet. Das Laserschweißen hat eine relativ geringere Energiedichte, aber sein Strahl ist leicht zu steuern und zu fokussieren, so dass es sich für Präzisionsschweißen und das Fügen komplex geformter Teile eignet.
Aufgrund der hohen Energiedichte ist die Wärmeeinflusszone beim EBW kleiner als beim Laserschweißen, wodurch Schweißverformungen und Eigenspannungen reduziert werden. Dies ist besonders wichtig für das Schweißen wärmeempfindlicher Materialien und Präzisionsteile.
EBW eignet sich zum Schweißen von hochschmelzenden, hochfesten und leicht oxidierenden Werkstoffen wie Titan. Legierungen und hochwarmfeste Legierungen. Das Laserschweißen hat ein breiteres Anwendungsspektrum, das verschiedene Metalle und einige nichtmetallische Werkstoffe umfasst.
EBW-Geräte sind teurer und erfordern ein Vakuumsystem und andere Zusatzgeräte, während Laserschweißgeräte relativ billig sind. Daher wird EBW hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, der Nuklearindustrie, bei Präzisionsinstrumenten und in anderen Bereichen mit extrem hohen Anforderungen an die Schweißqualität eingesetzt. Das Laserschweißen hat ein breiteres Anwendungsspektrum, u. a. in der Automobil-, Elektronik- und Medizinbranche.

Mikro-Schweißen

Das Mikroschweißen ist eine Präzisionsverbindungstechnik, bei der eine Wärmequelle mit hoher Energiedichte eingesetzt wird, um Verbindungen im mikroskopischen Maßstab herzustellen. Bei diesem Verfahren wird die Wärmequelle (z. B. ein Laser-, Lichtbogen- oder Elektronenstrahl) auf einen Punkt von wenigen Mikrometern oder Submillimetern fokussiert, wobei der lokale Bereich des Werkstücks schnell geschmolzen wird, um das Material zu verbinden.

Laserschweißen vs. Mikroschweißen

Das Mikroschweißen wird hauptsächlich für das Fügen von Miniaturteilen und Mikrostrukturen verwendet, typischerweise mit Abmessungen im Mikrometer- oder Submikrometerbereich. Das Laserschweißen hat ein breiteres Anwendungsspektrum und kann für das Schweißen von Miniaturteilen bis hin zu großen Strukturen eingesetzt werden.
Das Mikroschweißen hat in der Regel eine höhere Schweißgeschwindigkeit und eignet sich für die Massenproduktion. Das Laserschweißen ist ebenfalls schnell, aber für das Schweißen von Miniaturteilen kann das Mikroschweißen effizienter sein.
Sowohl das Mikroschweißen als auch das Laserschweißen sind für eine Vielzahl von Metallen und einige nichtmetallische Werkstoffe geeignet. Allerdings kann das Mikroschweißen für das Fügen einiger spezieller Materialien (wie Biomaterialien und elektronische Komponenten) vorteilhafter sein, da die Wärmeeinflusszone klein ist und die Materialeigenschaften dadurch nicht beeinträchtigt werden.

Widerstandsschweißen

Beim Widerstandsschweißen wird die Widerstandswärme genutzt, die durch die Durchgang von Strom durch die Kontaktflächen und angrenzenden Bereiche der Werkstücke als Wärmequelle. Unter Druck kommt es zu einem lokalen Schmelzen der Werkstücke, um eine Verbindung zu erreichen. Zu den wichtigsten Arten des Widerstandsschweißens gehören Punktschweißen, Nahtschweißen, Buckelschweißen, Stumpfschweißen, Abbrennstumpfschweißen und Hochfrequenzschweißen.

Laserschweißen vs. Widerstandsschweißen

Beim Laserschweißen wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte als Wärmequelle verwendet, wodurch ein berührungsloses Schweißen erreicht wird. Im Gegensatz dazu beruht das Widerstandsschweißen auf der Widerstandswärme, die durch die Durchgang von Strom durch das Werkstück hindurch, was einen direkten Kontakt mit dem Werkstück erfordert. Daher eignet sich das Laserschweißen für komplex geformte und schwer zugängliche Werkstücke, während sich das Widerstandsschweißen eher für einfach geformte Werkstücke wie Überlappungen und Stumpfstöße eignet.
Das Laserschweißen bietet eine präzise Steuerung der Wärmezufuhr, was zu einer kleinen Wärmeeinflusszone und minimaler Schweißverformung führt. Dadurch eignet es sich für das Präzisionsschweißen und das Schweißen wärmeempfindlicher Materialien. Das Widerstandsschweißen hingegen hat eine relativ höhere Wärmeeinbringung, eine größere Wärmeeinflusszone und eine größere Schweißverformung und eignet sich daher für Situationen, in denen die Schweißverformung keine große Rolle spielt.
Das Laserschweißen hat eine schnellere Schweißgeschwindigkeit und eine höhere Effizienz und ist daher für die Massenproduktion geeignet. Das Widerstandsschweißen hat eine relativ langsamere Schweißgeschwindigkeit und ist eher geeignet für die Produktion kleiner und mittlerer Serien. Laserschweißgeräte sind teurer und erfordern professionelles Bedienpersonal, während Widerstandsschweißgeräte weniger kostspielig, einfach zu bedienen und leicht automatisierbar sind.
Das Laserschweißen eignet sich zum Schweißen einer Vielzahl von Metallen und einiger nichtmetallischer Werkstoffe mit einem breiten Anwendungsspektrum, z. B. in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Medizinbranche. Das Widerstandsschweißen eignet sich vor allem für elektrisch leitende Metallwerkstoffe wie Stahl und Aluminium und ist in der Automobil-, Haushaltsgeräte- und Bauindustrie weit verbreitet.

Wie wählt man das richtige Schweißverfahren?

Das Schweißen als unverzichtbare Verbindungstechnik spielt in verschiedenen Branchen eine entscheidende Rolle. Angesichts der Vielzahl der auf dem Markt erhältlichen Schweißverfahren ist es für viele Unternehmen jedoch eine Herausforderung, die für die Bedürfnisse ihrer Branche am besten geeignete Schweißtechnik auszuwählen. Im Folgenden werden wir untersuchen, wie man wählen. das für Ihre Branche am besten geeignete Schweißverfahren unter verschiedenen Gesichtspunkten.

Werkstückmaterial und -dicke

Verschiedene Schweißverfahren sind geeignet für verschiedene Materialien und Dicken. Das Laserschweißen eignet sich zum Beispiel für verschiedene Metalle und einige nichtmetallische Werkstoffe und zeichnet sich besonders beim Schweißen von dünnen Blechen aus. Im Gegensatz dazu ist das Lichtbogenschweißen ist besser geeignet für Schweißen von dicken Blechen und großen Bauteilen. Daher sollte bei der Wahl des Schweißverfahrens zunächst die Art und Dicke des Werkstückmaterials berücksichtigt werden.

Bewertung der Anforderungen an Schweißqualität und Präzision

Verschiedene Branchen stellen unterschiedliche Anforderungen an die Schweißqualität und -präzision. In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik sind die Anforderungen an die Schweißqualität und -präzision extrem hoch, so dass Laserschweißen und Elektronenstrahlschweißen die ideale Wahl sind. In Branchen wie dem Baugewerbe und dem Brückenbau hingegen sind die Anforderungen an die Schweißqualität und -präzision relativ gering, und traditionelle Schweißverfahren wie das Lichtbogenschweißen und das Widerstandsschweißen können auch diese Anforderungen erfüllen.

Fokus auf Produktionseffizienz und Kosten

Bei der Wahl des Schweißverfahrens sollten auch die Produktionseffizienz und die Kosten berücksichtigt werden. Hochgradig automatisiert Schweißen Verfahren wie Laserschweißen und Elektronenstrahlschweißen haben zwar höhere Ausrüstungskosten, bieten aber eine hohe Produktionseffizienz und sind für die Massenproduktion geeignet. Herkömmliche Schweißverfahren wie Lichtbogen- und Widerstandsschweißen haben geringere Ausrüstungskosten, aber eine relativ geringere Produktionseffizienz, so dass sie geeignet für die Produktion kleiner und mittlerer Serien oder das Schweißen vor Ort.

Berücksichtigung von Umweltfaktoren und Sicherheit

Bei einigen Schweißverfahren entstehen während des Schweißvorgangs Dämpfe, schädliche Gase oder Strahlung, die sich auf die Umwelt und die Gesundheit der Bediener auswirken können. Daher sollten bei der Wahl eines Schweißverfahrens auch Umweltfaktoren und Sicherheit berücksichtigt werden. Laserschweißen und Elektronenstrahlschweißen sind relativ umweltfreundlich, während beim Lichtbogenschweißen auf Schutzmaßnahmen geachtet werden muss.

Professionellen Rat einholen

Wenn Sie nicht bekannt Wenn Sie mit der Schweißtechnik nicht vertraut sind oder Schwierigkeiten haben, das für Ihre Branche am besten geeignete Schweißverfahren zu bestimmen, können Sie sich professionell beraten lassen. Sie können ausführliche Gespräche mit Anbietern von Schweißmaschinen führen, um mehr über das Fachwissen im Bereich Schweißen zu erfahren, und sich von ihnen fachkundig beraten lassen und Vorschläge unterbreiten. Sie können sich auch bei Freunden, die Schweißgeräte gekauft haben, nach ihren Erfahrungen erkundigen.

Auswahl von Faserlaser-Schweißgeräten

Auf dem Markt sind verschiedene Arten von Faserlaserschweißmaschinen erhältlich, wie z. B. handgeführte Laserschweißmaschinen, Tischlaserschweißmaschinen und automatische Laserschweißroboter. Im Folgenden finden Sie eine Einführung in die verschiedenen Arten von Faserlaser-Schweißmaschinen, aus denen Sie je nach Bedarf wählen können.

Schlussfolgerung

Durch die vergleichende Analyse des Laserschweißens und des traditionellen Schweißens in diesem Artikel können wir die Anwendungsmerkmale der verschiedenen Schweißverfahren in verschiedenen Bereichen erkennen. Bei der Wahl eines Schweißverfahrens müssen wir müssen Faktoren wie Werkstückmaterial, Schweißanforderungen, Produktionseffizienz und Kosten umfassend berücksichtigen und die Vor- und Nachteile des Laserschweißens und traditioneller Schweißverfahren abwägen, um die für unsere spezifischen Anforderungen am besten geeignete Schweißtechnologie auszuwählen.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lasertechnologie und der Kostenreduzierung werden die Anwendungsmöglichkeiten des Laserschweißens noch breiter werden. Es wird erwartet, dass es seine einzigartigen Vorteile in immer mehr Bereichen ausspielen und den Fortschritt der Schweißtechnik vorantreiben wird.

Laserschweißen vs. traditionelles Schweißen: Ein Vergleich von Kopf zu Kopf