Was ist Schweißen?
Die Schweißfähigkeit des Metalls bezieht sich auf die Anpassungsfähigkeit des Metallmaterials an den Schweißprozess und bezieht sich hauptsächlich auf die Schwierigkeit, unter bestimmten Schweißprozessbedingungen hochwertige Schweißverbindungen zu erhalten.Im Großen und Ganzen umfasst der Begriff „Schweißfähigkeit“ auch „Verfügbarkeit“ und „Zuverlässigkeit“.Die Schweißfähigkeit hängt von den Eigenschaften des Materials und den verwendeten Prozessbedingungen ab.Die Schweißfähigkeit von Metallmaterialien ist nicht statisch, sondern entwickelt sich beispielsweise für Materialien, deren Schweißfähigkeit ursprünglich als schlecht galt. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind neue Schweißmethoden einfacher zu schweißen, d. h. die Schweißfähigkeit ist besser geworden.Daher können wir die Prozessbedingungen nicht alleine lassen, um über die Schweißfähigkeit zu sprechen.
Die Schweißfähigkeit umfasst zwei Aspekte: Zum einen die Verbindungsleistung, d. h. die Empfindlichkeit der Bildung von Schweißfehlern unter bestimmten Schweißprozessbedingungen;der zweite ist die praktische Leistung, also die Anpassungsfähigkeit der Schweißverbindung an die Einsatzanforderungen unter bestimmten Schweißprozessbedingungen.
Schweißmethoden
1.Laserschweißen（LBW）
2.Ultraschallschweißen (USW)
3.Diffusionsschweißen (DFW)
4.usw
1. Beim Schweißen werden Materialien, in der Regel Metalle, miteinander verbunden, indem die Oberflächen bis zum Schmelzpunkt erhitzt und anschließend abgekühlt und verfestigt werden, häufig unter Zugabe eines Füllmaterials.Die Schweißbarkeit eines Materials bezieht sich auf seine Fähigkeit, unter bestimmten Prozessbedingungen geschweißt zu werden, und hängt sowohl von den Eigenschaften des Materials als auch vom verwendeten Schweißverfahren ab.
2. Die Schweißbarkeit kann in zwei Aspekte unterteilt werden: gemeinsame Leistung und praktische Leistung.Die Verbindungsleistung bezieht sich auf die Empfindlichkeit der Bildung von Schweißfehlern unter bestimmten Schweißprozessbedingungen, während sich die praktische Leistung auf die Anpassungsfähigkeit der Schweißverbindung an die Verwendungsanforderungen unter bestimmten Schweißprozessbedingungen bezieht.
3. Es gibt verschiedene Schweißmethoden, darunter unter anderem Laserschweißen (LBW), Ultraschallschweißen (USW) und Diffusionsschweißen (DFW).Die Wahl des Schweißverfahrens hängt von den zu verbindenden Materialien, der Materialstärke, der erforderlichen Verbindungsfestigkeit und anderen Faktoren ab.
Was ist Laserschweißen?
Laserschweißen, auch Laserstrahlschweißen („LBW“) genannt, ist eine Fertigungstechnik, bei der zwei oder mehr Materialstücke (normalerweise Metall) mithilfe eines Laserstrahls miteinander verbunden werden.
Es handelt sich um einen berührungslosen Prozess, der den Zugang zur Schweißzone von einer Seite der zu schweißenden Teile erfordert.
Die vom Laser erzeugte Hitze schmilzt das Material auf beiden Seiten der Verbindung, und wenn sich das geschmolzene Material vermischt und wieder verfestigt, verschmelzen die Teile.
Die Schweißnaht entsteht, indem das intensive Laserlicht das Material schnell erhitzt – typischerweise in Millisekunden.
Der Laserstrahl ist ein kohärentes (einphasiges) Licht einer einzigen Wellenlänge (monochromatisch).Der Laserstrahl hat eine geringe Strahldivergenz und einen hohen Energiegehalt, der beim Auftreffen auf eine Oberfläche Wärme erzeugt
Wie bei allen Schweißarten kommt es auch bei der Verwendung von LBW auf die Details an.Sie können verschiedene Laser und verschiedene LBW-Verfahren verwenden, und manchmal ist Laserschweißen nicht die beste Wahl.
Laserschweißen
Es gibt 3 Arten des Laserschweißens:
1. Leitungsmodus
2. Leitungs-/Penetrationsmodus
3.Penetrations- oder Schlüssellochmodus
Diese Arten des Laserschweißens werden nach der Energiemenge gruppiert, die dem Metall zugeführt wird.Stellen Sie sich diese als niedrige, mittlere und hohe Laserenergieniveaus vor.
Leitungsmodus
Der Leitungsmodus liefert eine geringe Laserenergie an das Metall, was zu einer geringen Eindringtiefe und einer flachen Schweißnaht führt.
Es eignet sich gut für Verbindungen, die keine hohe Festigkeit erfordern, da das Ergebnis eine Art durchgehende Punktschweißung ist.Leitungsschweißnähte sind glatt und ästhetisch ansprechend und typischerweise breiter als tief.
Es gibt zwei Arten von Leitungsmodus-LBW:
1.Direkte Heizung:Die Oberfläche des Teils wird direkt durch einen Laser erhitzt.Dann wird Wärme in das Metall geleitet und Teile des Grundmetalls schmelzen, wodurch die Verbindung verschmilzt, wenn das Metall wieder erstarrt.
2. Energieübertragung: Eine spezielle absorbierende Tinte wird zunächst an der Verbindungsstelle aufgetragen.Diese Tinte nimmt die Energie des Lasers auf und erzeugt Wärme.Das darunter liegende Metall leitet die Wärme dann in eine dünne Schicht, die schmilzt und sich wieder verfestigt, um eine Schweißverbindung zu bilden.
Leitungs-/Penetrationsmodus
Einige erkennen dies möglicherweise nicht als einen der Modi an.Sie haben das Gefühl, dass es nur zwei Arten gibt;Sie leiten entweder Wärme in das Metall oder verdampfen einen kleinen Metallkanal, wodurch der Laser in das Metall eindringen kann.
Der Leitungs-/Penetrationsmodus verbraucht jedoch „mittlere“ Energie und führt zu einer stärkeren Penetration.Allerdings ist der Laser nicht stark genug, um Metall wie im Schlüssellochmodus zu verdampfen.
Penetrations- oder Schlüssellochmodus
Dieser Modus erzeugt tiefe, schmale Schweißnähte.Manche nennen es daher den Penetrationsmodus.Die hergestellten Schweißnähte sind normalerweise tiefer als breit und stärker als Schweißnähte im Leitungsmodus.
Bei dieser Art des LBW-Schweißens verdampft ein Hochleistungslaser das Grundmetall und erzeugt so einen schmalen Tunnel, der als „Schlüsselloch“ bezeichnet wird und sich bis in die Verbindung erstreckt.Dieses „Loch“ bietet dem Laser die Möglichkeit, tief in das Metall einzudringen.
Geeignete Metalle für LBW
Laserschweißen funktioniert mit vielen Metallen, wie zum Beispiel:
- Kohlenstoffstahl
- Aluminium
- Titan
- Niedriglegierter und rostfreier Stahl
- Nickel
- Platin
- Molybdän
Ultraschallschweißen
Ultraschallschweißen (USW) ist das Verbinden oder Umformen von Thermoplasten durch den Einsatz von Wärme, die durch hochfrequente mechanische Bewegung erzeugt wird.Dies geschieht durch die Umwandlung hochfrequenter elektrischer Energie in hochfrequente mechanische Bewegung.Diese mechanische Bewegung erzeugt zusammen mit der ausgeübten Kraft Reibungswärme an den Passflächen der Kunststoffkomponenten (Verbindungsbereich), sodass das Kunststoffmaterial schmilzt und eine molekulare Verbindung zwischen den Teilen bildet.
GRUNDPRINZIP DES ULTRASCHALLSCHWEISSENS
1.Teile in der Halterung: Die beiden zusammenzubauenden thermoplastischen Teile werden übereinander in einem Stütznest platziert, das als Halterung bezeichnet wird.
2.Ultraschall-Hornkontakt: Eine Titan- oder Aluminiumkomponente, Horn genannt, wird mit dem oberen Kunststoffteil in Kontakt gebracht.
3. Angewandte Kraft: Eine kontrollierte Kraft oder ein kontrollierter Druck wird auf die Teile ausgeübt und sie gegen die Vorrichtung zusammengedrückt.
4.Schweißzeit: Das Ultraschallhorn wird vertikal 20.000 (20 kHz) oder 40.000 (40 kHz) Mal pro Sekunde in Abständen, die in Tausendstel Zoll (Mikrometern) gemessen werden, für eine vorgegebene Zeitspanne, die Schweißzeit genannt wird, in Schwingungen versetzt.Durch eine sorgfältige Teilekonstruktion wird diese schwingende mechanische Energie auf begrenzte Kontaktpunkte zwischen den beiden Teilen geleitet.Die mechanischen Vibrationen werden durch die thermoplastischen Materialien auf die Verbindungsschnittstelle übertragen und erzeugen Reibungswärme.Wenn die Temperatur an der Verbindungsstelle den Schmelzpunkt erreicht, schmilzt und fließt der Kunststoff und die Vibration wird gestoppt.Dadurch kann der geschmolzene Kunststoff abkühlen.
5. Haltezeit: Die Klemmkraft wird für einen vorgegebenen Zeitraum aufrechterhalten, damit die Teile verschmelzen können, während der geschmolzene Kunststoff abkühlt und sich verfestigt.Dies wird als Haltezeit bezeichnet.(Hinweis: Durch die Anwendung einer höheren Kraft während der Haltezeit kann eine verbesserte Festigkeit und Dichtigkeit der Verbindung erreicht werden. Dies wird durch doppelten Druck erreicht.)
6. Horn fährt zurück: Sobald der geschmolzene Kunststoff erstarrt ist, wird die Klemmkraft entfernt und das Ultraschallhorn wird zurückgezogen.Die beiden Kunststoffteile sind nun wie angespritzt zusammengefügt und werden als Ganzes aus der Halterung entnommen.
Diffusionsschweißen, DFW
Fügeprozess durch Hitze und Druck, bei dem die Kontaktflächen durch Diffusion von Atomen verbunden werden.
Der Prozess
Zwei Werkstücke [1] unterschiedlicher Konzentration werden zwischen zwei Pressen [2] platziert.Die Pressen sind für jede Kombination der Werkstücke einzigartig, sodass bei Änderungen des Produktdesigns ein neues Design erforderlich ist.
Die Wärme, die etwa 50–70 % des Schmelzpunkts des Materials entspricht, wird dann dem System zugeführt, wodurch die Beweglichkeit der Atome der beiden Materialien erhöht wird.
Anschließend werden die Pressen zusammengepresst, wodurch die Atome an der Kontaktstelle zwischen den Materialien zu diffundieren beginnen [3].Die Diffusion erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Konzentration der Werkstücke, während Hitze und Druck den Prozess nur erleichtern.Der Druck wird daher genutzt, um die Kontaktoberflächen der Materialien so nah wie möglich zu bringen, damit Atome leichter diffundieren können.Wenn der gewünschte Anteil an Atomen diffundiert ist, werden Wärme und Druck entfernt und der Verbindungsvorgang ist abgeschlossen.
