Nach meiner Erfahrung in der Arbeit mit Laserschweißen Durch die Entwicklung von Kastenstrukturen habe ich interessante Erkenntnisse über die Anwendung von Blechkonstruktionen gewonnen. Viele Fachleute sind mit den grundlegenden Konstruktionsprinzipien vertraut, doch es gibt zwei Geheimnisse, die die Effektivität und Effizienz dieser Anwendungen deutlich steigern können. Das Verständnis dieser Geheimnisse hat mir geholfen, meine Konstruktionen zu verbessern und bessere Schweißergebnisse zu erzielen. In diesem Artikel teile ich diese beiden Geheimnisse über die Anwendung von Blechkonstruktionen beim Laserschweißen von Kastenstrukturen und gebe wertvolle Tipps, die Ihre Projekte auf die nächste Stufe heben können.

Laserschweißen bietet die Vorteile hoher Geschwindigkeit, geringer Verformung, schöner Schweißnähte und hoher Festigkeit. Es wird häufig in der Luftfahrt, der Automobilindustrie, der Medizin und anderen Bereichen eingesetzt. Das Laser-Selbstschmelzschweißen ist ein berührungsloses Schweißverfahren ohne Schweißdraht mit verschiedenen Schweißnahtformen und hervorragender Nahtkonsistenz. In der Blechbearbeitung bietet es enormes Anwendungspotenzial. Dieser Artikel befasst sich mit der Anwendung von Blechkonstruktionen beim Laserschweißen von Kastenstrukturen mit 45°-Gehrungsschnittstelle und Bördelung.

Blechkonstruktion in der Laserschweißkastenstruktur

Das Material des Kastenkörpers besteht aus 1,5 mm dickem Edelstahl 304 und die Größe beträgt 200 mm × 200 mm × 115 mm. Der Biegewinkel des Kastens beträgt 90 °, 90 ° und 80 ° von unten nach oben. Die Kastenstruktur ist in der Abbildung dargestellt. Die Laserschneidgeräte Zum Schneiden der Produkte dient die Laserschneidmaschine Trulaser 3040, als Biegegerät dient die Biegemaschine BendCell 5130 und als Laserschweißgerät dient die Laserschweißmaschine Trulaser Robot 5020. Die Laserschweißparameter sind in der Tabelle aufgeführt.

In der traditionellen Schweißverfahren Um bei Edelstahl-Kastenkonstruktionen schönere Schweißprodukte zu erhalten, ist nach dem Schweißen in der Regel ein Schleif- und Poliervorgang erforderlich. Der Nachbearbeitungsprozess ist mühsam und zeitaufwendig, und es können leicht Schweißverformungen und Schweißdurchbrüche auftreten. Laserschweißen bietet jedoch aufgrund seiner hohen Schweißgeschwindigkeit, der geringen Verformung und der schönen Schweißnähte ein großes Anwendungspotenzial im Bereich des Blechschweißens.

Unter diesen bietet das Laserschweißgerät Trulaser Robot 5020 (nachfolgend TR5020 genannt) einen enormen Vorteil bei der Schweißkastenstruktur. Der Schweißkopf des TR5020 verfügt über ein hochpräzises automatisches Fokussierungssystem, sodass im selben Laserschweißvorgang jederzeit zwischen Lasertiefschweißen und Laserwärmeleitfähigkeitsschweißen gewechselt werden kann, ohne die Haltung des Roboters zu ändern.

Gleichzeitig kann mit der im Schweißkopf integrierten CCD-Kamera mit hoher Vergrößerung die Laserfokusposition genauer eingestellt werden, sodass die Laserschweißnaht eine hervorragende Schweißnahtkonsistenz aufweist. Allerdings ist die Frage, wie sich die Vorteile einer hohen Laserschweißgeschwindigkeit, einer schmalen Schweißwärmeeinflusszone, geringer Verformung und hoher Präzision auf das Schweißen von Kastenstrukturen übertragen lassen, zu einem dringenden Problem geworden, das gelöst werden muss.

Bei der geschweißten Edelstahlkastenstruktur nimmt die Kastenkehlnaht den größten Teil des gesamten Schweißvorgangs ein. Um eine abgerundete Laserschweißnaht zu erhalten, haben wir den Überlappungsgrad des herkömmlichen Schweißens optimiert, wie gezeigt, wobei t die Plattendicke, a der Überlappungsgrad, b die Position des Lasermittelpunkts auf dem Querschnitt der Platte und α der Laserneigungswinkel ist.

Überlappungsbetrag beim Laserschweißen

Der optimierte Überlappungsgrad wird mittels Laser-Wärmeleitungsschweißverfahren geschweißt. Durch das automatische Fokussiersystem TR5020 wird der Defokusgrad präzise auf 10,00 mm eingestellt, die Fokussiergenauigkeit beträgt 0,01 mm. Durch die präzise Positionierung des b-Werts mittels einer Hochleistungs-CCD-Kamera lässt sich eine abgerundete Laserschweißnaht ohne zusätzliche Schweißdrähte erzielen, wie in der Abbildung dargestellt. Das Optimierungsschema für den Überlappungsgrad eignet sich für Bleche mit einer Dicke von 3 mm und weniger. Die Werte von a, b und α werden durch den t-Wert bestimmt.

Bei geschweißten Edelstahlkastenkonstruktionen ist die Optimierung der Eckentlastungsnut äußerst wichtig, da sie sich direkt auf den Bodeneffekt der Kastenkonstruktion auswirkt. Beim herkömmlichen Schweißverfahren werden üblicherweise rechteckige oder runde Eckentlastungsnuten verwendet. Diese Art von Eckentlastungsnut kann jedoch beim Laserschweißen sehr leicht zu Schweißdurchbrüchen oder Unterfüllungen führen. Die schematische Darstellung der Eckentlastungsnut ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Produktstruktur wird durch den Prozessblock „Eckenfreinut“ zum Laserschweißen optimiert. Nach dem Laserschweißen kann ein sehr voller und runder Schweißeffekt erzielt werden. Es ist fast keine Nachbehandlung erforderlich, was die Zeit für die nachfolgende Verarbeitung erheblich verkürzt, wie in der Abbildung gezeigt.

Entwurf einer 45°-Fasenschnittstelle zum Laserschweißen von Kastenstrukturflanschen

Bei geschweißten Edelstahlkastenkonstruktionen ist es aufgrund der Biegeverformung schwierig, die 45°-Fase der Bördelung dicht zu verschließen. Wie in Abbildung A dargestellt, ist Laserschweißen äußerst schwierig. Daher wirkt sich die Gestaltung der Schnittstelle direkt auf die Schweißqualität der Kastenkonstruktion aus. Gleichzeitig entsteht bei B ein großer Spalt, der durch direktes Laserschweißen nur schwer zu schließen ist.

Blechkonstruktion Für diese Situation haben wir die Kastenstruktur optimiert. Beim Entwerfen wird das Metall der Stufenfläche abgeschnitten und anschließend zwei kleine Stufenflächen verlängert, wie in der Abbildung gezeigt. Beim Entfalten dient die Endfläche als Referenz, um den zuvor ausgeschnittenen Teil auszufüllen, wie in der Abbildung gezeigt. Bei B in der Abbildung sind zwei Stufenflächen versetzt, um die Metallkompensation zu erhöhen und den hier entstandenen Spalt auszugleichen, wie in der Abbildung gezeigt.

Das Bild unten zeigt den Effekt nach dem eigentlichen Laserschweißen. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Schnittstelle dicht verschlossen ist und den Anforderungen des Laserschweißprozesses voll entspricht. Die Oberfläche der Schweißnaht ist schön, der Übergang natürlich und es gibt keine Phänomene wie Einsinken oder Durchschweißen. Das B in der Abbildung ist ebenfalls gut ausgefüllt.