Lasmethoden voor micro- en kleine onderdelen Laserlassen is een efficiënte en nauwkeurige lasmethode die gebruikmaakt van een laserstraal met een hoge energiedichtheid als warmtebron. Het is een van de belangrijke toepassingen van lasertechnologie voor materiaalbewerking. In de jaren 70 werd het voornamelijk gebruikt voor het lassen van dunwandige materialen en lassen met lage snelheid. Het lasproces was gebaseerd op warmtegeleiding. Concreet verwarmt de laserstraling het oppervlak van het werkstuk, waarna de warmte via warmtegeleiding naar binnen diffundeert. Door parameters zoals de breedte, energie, piekvermogen en herhalingsfrequentie van de laserpulsen te regelen, smelt het werkstuk en vormt zich een specifiek smeltbad. Dankzij de unieke voordelen is het met succes toegepast in dePrecisielassen van micro- en kleine onderdelen.De Chinese laserlastechnologie behoort tot de meest geavanceerde ter wereld. Het land beschikt over de technologie en mogelijkheden om complexe componenten van titaniumlegeringen van meer dan 12 vierkante meter met behulp van laser te vormen, en deze technologie wordt toegepast in de prototype- en productfabricage van diverse binnenlandse onderzoeksprojecten in de luchtvaartsector. In oktober 2013 won een Chinese lasexpert de Brook Award, de hoogste academische prijs op het gebied van lassen, wat de wereldklasse van China op het gebied van laserlassen bevestigde.
## Ontwikkelingsgeschiedenis De eerste laserstraal ter wereld werd in 1960 gegenereerd door robijnkristallen te exciteren met een flitslamp. Beperkt door de thermische capaciteit van het kristal, kon deze slechts zeer korte pulsen met een lage frequentie produceren. Hoewel de piekenergie van een momentane puls tot 10⁶ watt kon bereiken, behoorde dit nog steeds tot de categorie lage energie-output. Een met neodymium gedoteerde yttriumaluminiumgranaat (Nd:YAG) kristalstaaf, met neodymium (Nd) als excitatie-element, kan een continue laserstraal met één golflengte genereren met een vermogen van 1-8 kW. De YAG-laser, met een golflengte van 1,06 μm, kan via een flexibele optische vezel worden verbonden met de laserbewerkingskop, wat zorgt voor een flexibele opstelling van de apparatuur en de geschiktheid voor het lassen van werkstukken met een dikte van 0,5-6 mm. De CO₂-laser, die koolstofdioxide als excitatiebron gebruikt (met een golflengte van 10,6 μm), kan een vermogen tot 25 kW bereiken en maakt het mogelijk om platen van 2 mm dik in één doorgang volledig door te lassen. Deze technologie wordt al veelvuldig gebruikt in de metaalbewerking in de industriële sector. Halverwege de jaren tachtig trok laserlassen, als nieuwe technologie, veel aandacht in Europa, de Verenigde Staten en Japan. In 1985 werkten ThyssenKrupp Steel AG (Duitsland) en Volkswagen AG (Duitsland) samen om 's werelds eerste lasergelaste plaat te gebruiken voor de carrosserie van de Audi 100. In de jaren negentig begonnen grote autofabrikanten in Europa, Noord-Amerika en Japan laserlastechnologie op grote schaal toe te passen bij de productie van carrosserieën. Praktische ervaringen van zowel laboratoria als autofabrikanten hebben aangetoond dat laserlastechnologie succesvol kan worden toegepast bij de productie van autocarrosserieën. Laserlassen maakt gebruik van laserenergie om automatisch verschillende soorten staal, roestvrij staal, aluminiumlegeringen, enz., met uiteenlopende materialen, diktes en coatings, aan elkaar te lassen tot een geïntegreerde plaat, profiel of sandwichpaneel. Dit voldoet aan de verschillende materiaaleisen van componenten en resulteert in lichtgewicht apparatuur met een optimale structuur en de beste prestaties. In ontwikkelde landen zoals Europa en de Verenigde Staten wordt deze techniek veelvuldig toegepast.laserlassen op maatLaserlassen wordt niet alleen gebruikt in de transportmiddelenindustrie, maar ook op grote schaal toegepast in sectoren zoals de bouw, bruggenbouw, de productie van plaatwerk voor huishoudelijke apparaten en het lassen van staalplaten in walserijen (plaatverbinding bij continu walsen). Wereldwijd bekende laserlasbedrijven zijn onder andere Soudonic (Zwitserland), ArcelorMittal Group (Frankrijk), ThyssenKrupp TWB (Duitsland), Servo-Robot (Canada) en Precitec (Duitsland). De toepassing van laserlastechnologie in China is nog maar net begonnen. Op 25 oktober 2002 werd de eerste professionele commerciële productielijn voor laserlasplaten in China officieel in gebruik genomen. Deze werd geïntroduceerd door Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding van ThyssenKrupp TWB (Duitsland). Later werden achtereenvolgens ook Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. en andere bedrijven in productie genomen. In 2003 realiseerden buitenlandse landen het lassen van vuldraad met een dubbele CO₂-laserstraal.YAG-laserlasdraadVoor de constructie van de onderste wandpanelen van de A318, gemaakt van aluminiumlegering, werd deze technologie toegepast. Deze technologie verving de traditionele geklonken constructie, waardoor het gewicht van de vliegtuigromp met 20% afnam en de kosten met 20% werden bespaard. Gong Shuili was ervan overtuigd dat laserlassen een belangrijke rol zou spelen in de transformatie en modernisering van de traditionele Chinese vliegtuigindustrie. Hij diende direct een aanvraag in voor een aantal gerelateerde vooronderzoeksprojecten, stelde een onderzoeksteam samen en nam het voortouw bij de introductie van de "dubbelstraallaserlassen"-technologie in onderzoeksprojecten in China. Vanaf het begin was het zijn plan om deze technologie toe te passen in de vliegtuigbouw. Het Chinese expertteam presenteerde de voorlopige technologie aan een vliegtuigontwerpinstituut en benadrukte de voordelen en de haalbaarheid van dubbelstraallaserlassen. Na meerdere verificaties en evaluaties besloot het ontwerpinstituut deze technologie toe te passen op de productie van geribbelde wandpanelen voor een bepaald vliegtuig, waarmee het oorspronkelijke doel om "dubbelstraallaserlassen" toe te passen in de vliegtuigbouw werd bereikt. Het bedrijf heeft baanbrekende technologieën ontwikkeld, zoals de precieze aansturing van laserlasdraad voor lichtgewicht legeringen, een geïntegreerd en innovatief hybride lasapparaat met dubbele laserstraal ontwikkeld, China's eerste krachtige lasplatform met dubbele laserstraal opgezet, het synchroon lassen van T-verbindingen in grote dunwandige constructies met dubbele straal en aan beide zijden mogelijk gemaakt, en dit voor het eerst succesvol toegepast bij de lasproductie van belangrijke structurele onderdelen van geribbelde wandpanelen voor de luchtvaart, waarmee het een belangrijke rol speelde in de ontwikkeling van nieuwe Chinese vliegtuigen. In 2003 werd de eerste grootschalige, complete online striplasinstallatie van HG Laser in China goedgekeurd voor offline gebruik. Deze installatie integreert lasersnijden, lassen en warmtebehandeling, waardoor HG Laser een van de slechts vier bedrijven ter wereld is die dergelijke apparatuur kunnen produceren. In 2004 won het project "Technologie en apparatuur voor lasersnijden, lassen en gecombineerd snijden en lassen met hoog vermogen" van HG Laser Farley Laserlab de tweede prijs van de Nationale Prijs voor Wetenschappelijke en Technologische Vooruitgang. Daarmee was het bedrijf het enige laserbedrijf in China met de R&D-capaciteit voor deze technologie en apparatuur. Met de snelle ontwikkeling van de industriële laserindustrie stelde de markt hogere eisen aan laserbewerkingstechnologie. Lasertechnologie is geleidelijk verschoven van enkelvoudige toepassingen naar gediversifieerde toepassingen. Laserbewerking is niet langer beperkt tot enkel snijden of lassen. De marktvraag naar geïntegreerde laserbewerkingsapparatuur die snijden en lassen combineert, neemt toe, waardoor geïntegreerde lasersnij- en lasapparatuur is ontstaan. HG Laser Farley Laserlab ontwikkelde de Walc9030, een geïntegreerde snij- en lasmachine met een ultragroot formaat van 9 x 3 meter, die momenteel 's werelds grootste geïntegreerde lasersnij- en lasapparatuur is. De Walc9030 is een grootformaat snij- en lasmachine die snijden en lassen combineert.Lasersnijden en laserlassenHet is uitgerust met een professionele snijkop en een laskop, waarbij de twee bewerkingskoppen één laserstraal delen. Numerieke besturingstechnologie zorgt ervoor dat ze elkaar niet storen. De apparatuur kan gelijktijdig twee processen uitvoeren die snijden en lassen vereisen. Het kan vrij schakelen tussen eerst snijden en dan lassen, of eerst lassen en dan snijden, waardoor zowel lasersnijden als -lassen met één apparaat mogelijk zijn zonder extra apparatuur. Dit bespaart fabrikanten kosten voor apparatuur, verbetert de verwerkingsefficiëntie en vergroot het bewerkingsbereik. Bovendien is door de integratie van snijden en lassen de verwerkingsnauwkeurigheid volledig gegarandeerd en is de apparatuur efficiënt en stabiel. Daarnaast zijn de problemen met thermische vervorming van platen tijdens het op maat lassen van ultragrote platen en de stabiele realisatie van ultralange optische paden overwonnen. Het kan twee vlakke platen van 6 meter lang en 1,5 meter breed tegelijk lassen, waarbij het lasoppervlak glad en vlak is zonder nabewerking. Tegelijkertijd kan het platen met een breedte van 3 meter, een lengte van meer dan 6 meter en een dikte van minder dan 20 mm in één vormproces snijden, zonder secundaire positionering. Het Shenyang Instituut voor Automatisering van de Chinese Academie van Wetenschappen werkte internationaal samen met IHI Corporation (Japan). In navolging van de nationale strategie voor wetenschappelijke en technologische ontwikkeling van "introductie, verwerking, absorptie en herinnovatie" heeft het diverse sleuteltechnologieën overwonnen.laserlassen op maatIn september 2006 ontwikkelde hij de eerste complete laserlasproductielijnen van China en ontwikkelde hij met succes een robotlassysteem waarmee laserlassen van vlakke en ruimtelijke krommingen mogelijk werd. In oktober 2013 won een Chinese lasexpert de Brook Award, de hoogste academische prijs op het gebied van lassen. Het Welding Institute (TWI, VK) nomineert jaarlijks kandidaten uit meer dan 4000 leden in meer dan 120 landen en reikt deze prijs uiteindelijk uit aan één expert ter erkenning van zijn of haar uitstekende bijdragen aan de wetenschap en technologie van lassen of verbinden en de industriële toepassing ervan. Deze prijs is niet alleen een erkenning voor Gong Shuili en zijn team, maar ook een bevestiging van de rol van AVIC in het bevorderen van de vooruitgang in materiaalverbindingstechnologie.
## Structurele parameters
### Werkingsmechanisme Het bestaat uit een optische oscillator en een medium dat zich tussen de spiegels aan beide uiteinden van de oscillatorholte bevindt. Wanneer het medium in een hoge-energiestand wordt gebracht, begint het in-fase lichtgolven te genereren, die heen en weer reflecteren tussen de spiegels aan beide uiteinden, waardoor een foto-elektrisch concatenatie-effect ontstaat. Dit versterkt de lichtgolven en wanneer voldoende energie is verkregen, wordt de laser uitgezonden. Een laser kan ook worden gedefinieerd als een apparaat dat primaire energiebronnen zoals elektrische energie, chemische energie, thermische energie, lichtenergie of kernenergie omzet in elektromagnetische stralingsbundels met specifieke optische frequenties (ultraviolet licht, zichtbaar licht of infrarood licht). Deze omzetting kan gemakkelijk worden uitgevoerd in bepaalde vaste, vloeibare of gasvormige media. Wanneer deze media in de vorm van atomen of moleculen worden aangeslagen, produceren ze een lichtbundel met vrijwel dezelfde fase en vrijwel één golflengte – laserlicht. Door de in-fase eigenschap en de enkele golflengte is de divergentiehoek erg klein, waardoor het licht over een grote afstand kan worden verzonden voordat het sterk geconcentreerd wordt voor toepassingen zoals lassen, snijden en warmtebehandeling. ### Classificatie van lasers Er zijn hoofdzakelijk twee soorten lasers die voor lassen worden gebruikt, namelijk CO₂-lasers en Nd:YAG-lasers. Zowel CO₂-lasers als Nd:YAG-lasers produceren infrarood licht dat onzichtbaar is voor het blote oog. De straal die door de Nd:YAG-laser wordt gegenereerd, is voornamelijk nabij-infrarood licht met een golflengte van 1,06 μm. Warmtegeleiders hebben een relatief hoge absorptiesnelheid voor licht van deze golflengte, en voor de meeste metalen is de reflectiviteit 20%-30%. De nabij-infraroodstraal kan met behulp van standaard optische lenzen worden gefocusseerd tot een diameter van 0,25 mm. De straal van de CO₂-laser is ver-infrarood licht met een golflengte van 10,6 μm. De meeste metalen hebben een reflectiviteit van 80-90% voor dit type licht, waardoor speciale optische lenzen nodig zijn om de bundel te focussen tot een diameter van 0,75-1,0 mm. Het vermogen van Nd:YAG-lasers kan doorgaans oplopen tot ongeveer 4000-6000 W, en het maximale vermogen is inmiddels opgelopen tot 10.000 W. Daarentegen kan het vermogen van CO₂-lasers gemakkelijk 20.000 W of zelfs hoger bereiken. Krachtige CO₂-lasers lossen het probleem van de hoge reflectiviteit op door middel van het sleutelgateffect. Wanneer het materiaaloppervlak dat door de lichtvlek wordt bestraald smelt, ontstaat er een sleutelgat. Dit met damp gevulde sleutelgat is als een zwart lichaam dat bijna alle energie van het invallende licht absorbeert. De evenwichtstemperatuur in het sleutelgat bereikt ongeveer 25.000 °C, en de reflectiviteit neemt binnen enkele microseconden snel af. Hoewel de ontwikkeling van CO₂-lasers zich nog steeds richt op de ontwikkeling en het onderzoek naar apparatuur, gaat het niet langer om het verhogen van het maximale uitgangsvermogen, maar om het verbeteren van de straalkwaliteit en de focusseerprestaties. Bovendien induceert argon, wanneer het als beschermgas wordt gebruikt voor CO₂-laserlassen met een vermogen van meer dan 10 kW, vaak een sterk plasma, wat de penetratiediepte vermindert. Daarom wordt helium, dat geen plasma genereert, vaak gebruikt als beschermgas voor CO₂-laserlassen met een hoog vermogen. De toepassing van diodelasercombinaties voor het exciteren van krachtige Nd:YAG-kristallen is een belangrijk onderzoeks- en ontwikkelingsthema, dat de kwaliteit van laserstralen aanzienlijk zal verbeteren en efficiëntere laserbewerking mogelijk zal maken. Het gebruik van directe diode-arrays voor het exciteren en uitzenden van lasers in het nabij-infraroodgebied heeft een gemiddeld vermogen van 1 kW en een foto-elektrische conversie-efficiëntie van bijna 50% bereikt. Diodes hebben bovendien een langere levensduur (10.000 uur), wat bijdraagt aan lagere onderhoudskosten van laserapparatuur. Ook de ontwikkeling van diodepomp-vastestoflaserapparatuur (DPSSL) vordert gestaag.
Geplaatst op: 27 augustus 2025
