Puntlassen is een snelle en kosteneffectieve verbindingsmethode. Het is geschikt voor het verbinden van dunwandige componenten met overlappende verbindingen die geen luchtdichtheid vereisen. Er bestaan vele soorten puntlassen, zoals weerstandspuntlassen, boogpuntlassen en lijmpuntlassen.composiet puntlassenen laserpuntlassen. Weerstandspuntlassen wordt momenteel veel gebruikt in de productie. Neem bijvoorbeeld de auto-industrie: bij de assemblage van carrosseriedelen zijn 3.000 tot 4.000 laspunten nodig, waarvoor 250 tot 300 robots, ondersteunende besturingssystemen en andere hulpapparatuur vereist zijn. Weerstandspuntlassen heeft echter een beperkte flexibiliteit. Door de snelle economische ontwikkeling is de cyclus van het vernieuwen van de geometrische vormen en structuren van auto-onderdelen zeer kort geworden. De ontwikkeling van nieuwe producten en modellen vereist een nieuwe, efficiënte en flexibele puntlastechnologie. Daarom staat laserpuntlassen steeds meer in de belangstelling en wordt verwacht dat het breed toegepast zal worden in de auto-industrie. Ook in de lucht- en ruimtevaart wordt laserpuntlassen getest als alternatieve technologie. Lange tijd werden overlappende verbindingen in lucht- en ruimtevaartproducten doorgaans geklonken, wat veel productieprocessen en een zware werkdruk met zich meebrengt. Met de toenemende toepassing van nieuwe materialen zoals aluminiumlegeringen, titaniumlegeringen en composietmaterialen, is het vervangen van traditionele verbindingsmethoden door nieuwe lastechnologieën een gangbare trend geworden. Dit verbetert niet alleen de productie-efficiëntie, maar vermindert ook het constructiegewicht en voldoet aan nieuwe eisen voor constructief ontwerp, wat van groot belang is voor producten in de lucht- en ruimtevaart. De hoge precisie en flexibiliteit van laserpuntlassen bieden aanzienlijke voordelen in de praktijk, met name in de luchtvaartindustrie, waar het traditionele processen zoals weerstandspuntlassen en klinken kan vervangen.
I. Definitie en kenmerken van laserpuntlassen
Definitie
Laserpuntlassen verwijst naar het proces van het smelten en verbinden van werkstukken met behulp van een enkele laserpuls (t > 1 ms) of een reeks laserpulsen op dezelfde positie.
Laserpuntlassen is in principe vergelijkbaar met andere laserlasprocessen; het enige verschil is dat er geen relatieve verplaatsing is tussen de laserstraal en het werkstuk tijdens het puntlassen. Laserpuntlassen wordt onderverdeeld in twee typen: thermisch geleidend lassen en sleutelgatlassen. Bij thermisch geleidend puntlassen smelt de laser het metaal zonder het te verdampen. Deze methode is meer geschikt voor het lassen van metalen met een dikte van minder dan 0,5 mm, zoals Nd:YAG-laserpuntlassen van elektronische componenten. Bij sleutelgatlaserpuntlassen kan de laser rechtstreeks via het sleutelgat in het materiaal doordringen, waardoor de benutting van de laserenergie toeneemt en een grotere penetratiediepte wordt bereikt. Traditioneel weerstandspuntlassen smelt werkstukken om laspunten te vormen met behulp van weerstandswarmte die wordt gegenereerd door elektrische stroom, terwijl de warmtebron bij laserpuntlassen afkomstig is van laserstraling, wat resulteert in aanzienlijk andere laspuntvormen.
De instelbare parameters van laserpuntlassen omvatten over het algemeen laservermogen, lastijd en defocussering. Bij puntlassen in pulsmodus omvatten de parameters ook de pulsgolfvorm, frequentie en duty cycle. Van deze parameters beïnvloedt het laservermogen voornamelijk de indringdiepte van de lasplek, terwijl de lastijd een grotere invloed heeft op de laterale afmeting van de lasplek. Over het algemeen geldt: hoe langer de laserwerkingstijd, hoe groter de boven- en onderkant van de lasplek en hoe groter het smeltvlak. Veranderingen in de defocussering beïnvloeden voornamelijk de diameter van de lasplek en de energiedichtheid die op het werkstukoppervlak inwerkt, en hebben daardoor een aanzienlijke invloed op de algehele vorm van de lasplek.
Kenmerken
- Met laser als warmtebron biedt puntlassen hoge snelheid, hoge precisie, lage warmte-inbreng en minimale vervorming van het werkstuk.
- De bewegingsvrijheid in de puntlasposities is aanzienlijk verbeterd, waardoor puntlassen in alle posities mogelijk is en eenvoudig te realiseren valt.enkelzijdig puntlassenwaardoor de ontwerpvrijheid voor producten aanzienlijk wordt vergroot.
- Laserpuntlassen stelt lage eisen aan de grootte van de overlappende verbindingen. Er zijn minimale beperkingen op parameters zoals de overlappingsgraad en de afstand tussen de laspunten, en er hoeft geen rekening te worden gehouden met de invloed van stroomafbuiging.
- Voor het lassen van platen met ongelijke dikte, verschillende materialen en speciale materialen (aluminiumlegeringen, gegalvaniseerde platen) presteert laserpuntlassen beter dan traditionele puntlasmethoden.
- Het vereist niet veel hulpapparatuur, kan zich snel aanpassen aan productwijzigingen en voldoen aan de marktvraag.
II. Defectanalyse van laserpuntlassen
Scheuren, poriën en doorzakkingen zijn de meest voorkomende defecten bij laserpuntlassen, die hieronder één voor één worden geanalyseerd.
1. Scheuren
Scheuren worden onderverdeeld in oppervlaktescheuren en langsscheuren. De verwarmings- en afkoelsnelheden tijdens laserpuntlassen zijn zeer hoog, wat resulteert in een groot temperatuurverschil tussen het verwarmde gebied en het omringende metaal. Dit leidt gemakkelijk tot scheurvorming. Het ontstaan van scheuren hangt nauw samen met het materiaal; zo hebben aluminiumlegeringen bijvoorbeeld een veel grotere neiging tot scheuren tijdens laserpuntlassen dan roestvrij staal. Een effectieve methode om scheurvorming tegen te gaan is het optimaliseren van de pulsgolfvorm om de afkoelsnelheid van het metaalstollingsproces te beheersen en interne spanningen te verminderen.
2. Poriën
Poreuze defecten (poriën) in laserpuntlassen kunnen worden onderverdeeld in kleine en grote poriën. Kleine poriën worden voornamelijk veroorzaakt door de afname van de oplosbaarheid van waterstof in vloeibaar metaal tijdens de stolling, evenals door de snelle verdamping van metaal in het sleutelgat en de verstoring van het smeltbad. Grote poriën ontstaan vooral door een te snelle afkoelsnelheid tijdens het laserpuntlassen, waardoor er onvoldoende tijd is voor het metaal rond het sleutelgat om zich te vullen. Over het algemeen ontstaan kleine poriën vaker bij puntlassen met lange pulsen, terwijl grote poriën waarschijnlijker zijn bij puntlassen met korte pulsen.
Bij laserpuntlassen zijn er twee locaties waar poriën het meest waarschijnlijk ontstaan: de ene bevindt zich nabij de smeltzone in het midden van de lasplek, en de andere aan de laswortel. Röntgenfoto's van het smeltproces laten zien dat poriën nabij de smeltzone voornamelijk worden veroorzaakt door insnoering wanneer het sleutelgat sluit; poriën aan de laswortel ontstaan voornamelijk door het instorten van het sleutelgat als gevolg van het snel verdwijnen van de laser na de vorming ervan.
3. Doorzakken
Doorzakken is een duidelijk verschijnsel bij laserpuntlassen. De centrale doorzakking op het lasoppervlak en de metaalophoping eromheen worden veroorzaakt door de terugslagkracht die ontstaat door metaalverdamping, waardoor het vloeibare metaal naar het lasoppervlak wordt gedrukt. Tijdens het afkoelingsproces stolt het opgehoopte metaal op het oppervlak snel en kan het niet volledig worden opgevuld. Daarnaast draagt materiaalverlies door snelle metaalverdamping en spatten bij aan de centrale doorzakking. De pulsduur heeft een aanzienlijke invloed op zowel de doorzakking van het lasoppervlak als de vorming van poriën. Door de pulsvorm en -duur te optimaliseren, kunnen bevredigende laspunten worden verkregen.
4. Invloed van de mate van onscherpte op laspunten
Veranderingen in de mate van defocussering hebben direct invloed op de spotdiameter en de energiedichtheid. Wanneer de defocussering toeneemt, zowel in negatieve als positieve richting, betekent dit dat de spotdiameter toeneemt en de energiedichtheid afneemt. Tijdens laserpuntlassen bestaat er een bepaalde relatie tussen de spotdiameter en de grootte van het initiële sleutelgat dat ontstaat wanneer de laser op het werkstuk invalt, terwijl de energiedichtheid de expansiesnelheid van het smeltbad bepaalt. Wanneer de absolute waarde van de defocussering klein is, is de laserspotdiameter klein, de laservermogensdichtheid hoog en de expansiesnelheid van het smeltbad snel, maar de diameter van het initiële sleutelgat klein. Omgekeerd, wanneer de defocussering groot is, is de diameter van het initiële sleutelgat groot, maar de expansiesnelheid van het smeltbad vertraagt en de uiteindelijke laspuntgrootte mogelijk niet groot is. Daarom bepaalt het gecombineerde effect van de spotdiameter en de oppervlaktevermogensdichtheid van de laspunt de grootte van de laspunt bij verandering van de defocussering.
III. Toepassing van laserpuntlastechnologie
Laserpuntlassen kenmerkt zich door hoge snelheid, grote indringdiepte, minimale vervorming en kan worden uitgevoerd bij kamertemperatuur of onder speciale omstandigheden met eenvoudige lasapparatuur. Bovendien heeft de opkomst van hoogfrequente pulslasers (met een frequentie hoger dan 40 pulsen per seconde) de brede toepassing van laserpuntlassen mogelijk gemaakt bij de assemblage en het lassen van micro- en kleine componenten in geautomatiseerde massaproductie. Bij het lassen van kleine elektronische componenten die een kleine warmtebeïnvloede zone vereisen – zoals de verbinding tussen glas en metaal, de verbinding van verbindingen in warmtegevoelige halfgeleidercircuits en de verbinding tussen verschillende metalen in draden – biedt laserpuntlassen voordelen ten opzichte van traditionele puntlasprocessen (bijvoorbeeld weerstandspuntlassen), met schone laspunten en een hoge laskwaliteit. Figuur 6-60 toont een toepassingsvoorbeeld van laserpuntlassen bij de productie van autokoplampen: een 500W solid-state pulslaser genereert vier identieke laspunten met een zeer hoge pulsfrequentie.
Bij het uitvoeren van uiterst nauwkeurig puntlassen op microstructuren met behulp van hoge pulsenergie, bieden gepulseerde Nd:YAG-lasers technische en economische voordelen. In de meeste industriële puntlastoepassingen worden in principe gepulseerde solid-state lasers gebruikt met een gemiddeld vermogen van 50 W en een pulsvermogen van meer dan 2 kW. De laser kan rechtstreeks op het werkstuk inwerken via optische vezels of gecombineerde focuslenzen.
Laserpuntlassen is toepasbaar op een breed scala aan materialen. Bijvoorbeeld bij het puntlassen van lithiumbatterijen met behulp van Nd:YAG-laserpuntlastechnologieHet verbinden van verschillende metalen is efficiënter dan TIG-lassen en weerstandspuntlassen. Met name doordat optische vezels worden gebruikt om lasers tijdens de productie te transporteren, is het gemakkelijk om snel en flexibel tussen verschillende werkbanken te wisselen.
Samenvattend heeft laserpuntlassen de volgende kenmerken:
- Naarmate het laservermogen toeneemt, fluctueert de diameter van de lasplek, terwijl de diameter van het smeltvlak en het ondervlak langzaam toeneemt. De verandering in de dwarsdoorsnede van de lasplek is niet显著. Naarmate de duur toeneemt, neemt de grootte van de lasplek snel toe en is de veranderingssnelheid van de diameter van het smeltvlak groter dan die van de diameters van het boven- en ondervlak. De verandering in de defocus heeft een significante invloed op de grootte van de lasplek. Het verandert direct de spotdiameter en de laservermogensdichtheid, en het gecombineerde effect van deze twee factoren bepaalt de grootte van de lasplek.
- Bij volledige doorlassing is er een duidelijke doorbuiging zichtbaar aan het oppervlak van de laserpuntlas. Naarmate het laservermogen en de laserduur toenemen, neemt de doorbuigingsdiepte aan het oppervlak van de laspunt toe. Bij een grote laserduur of een grote spleetbreedte kan er ook een deuk aan de onderkant ontstaan.
- Naarmate de spleet groter wordt, worden de algehele vervorming van de lasplek, de centrale doorbuiging en de inkepingen duidelijk zichtbaar. Het smeltvlak krimpt en de sterkte neemt snel af. Bij het lassen van weerstanden, batterijen en in de elektronica wordt tegenwoordig vaak gebruikgemaakt van het gelijktijdig lassen van twee punten, meestal met een ontwerp dat twee laserlichtbronnen gebruikt.
Geplaatst op: 27 oktober 2025
