Ein Laser ist ein Strahl konzentrierter Lichtenergie, der bei einer bestimmten Wellenlänge erzeugt wird. In der Natur gibt es Licht in einem Wellenlängenspektrum, das von sehr kurz (Röntgen- und Gammastrahlen) bis sehr lang (Radiowellen) reicht. Der Mensch kann nur sichtbares oder „weißes Licht“ mit Wellenlängen von etwa 430–690 Nanometern (nm) sehen. Ein Laserstrahl ist eine verstärkte Konzentration von Lichtenergie bei einer bestimmten Wellenlänge. Es handelt sich um kohärentes Licht, das die Fokussierung auf einen engen Punkt und einen schmalen Strahl über große Entfernungen ermöglicht. Das Wort Laser ist ein Akronym, das für Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung steht.
Arbeitsprinzip des Laserschweißgeräts
Im Inneren des Rubinkristalls wird ein Laserstrahl erzeugt. Der Rubinkristall besteht aus Aluminiumoxid mit darin verteiltem Chrom. Das bildet etwa 1/2000 Kristall, weniger als natürlicher Rubin. Auf beiden Seiten des Kristalls sind innen silberbeschichtete Spiegel angebracht. Die eine Seite des Spiegels hat ein winziges Loch, durch dieses Loch tritt ein Strahl aus.
Um den Rubinkristall herum ist eine Blitzröhre angebracht, die mit dem Edelgas Xenon gefüllt ist. Der Blitz ist so speziell konstruiert, dass er eine Blitzfrequenz von etwa tausend Blitzen pro Sekunde erzeugt.
Die Umwandlung der elektrischen Energie in Lichtenergie erfolgt über eine Blitzröhre.
Der Kondensator dient zur Speicherung der elektrischen Energie und zur Versorgung der Blitzröhre mit Hochspannung für eine entsprechende Ausführung.
Die vom Kondensator und Xenon entladene elektrische Energie wandelt die hohe Energie in weißes Blitzlicht mit einer Rate von 1/1000 pro Sekunde um.
Die Chromatome in Rubinkristallen werden angeregt und auf hohe Energie gebracht. Durch die entstehende Wärme geht ein Teil dieser Energie verloren. Ein Teil des Lichts wird jedoch von Spiegel zu Spiegel reflektiert, wodurch die Chromatome erneut angeregt werden, bis sie ihre überschüssige Energie wieder abgeben. Dabei entsteht ein schmaler, kohärenter Lichtstrahl, der durch eine winzige Öffnung im Spiegel des Kristalls austritt.
Dieser schmale Strahl wird durch eine optische Fokussierungslinse fokussiert, um einen kleinen, intensiven Laserstrahl auf dem Werkstück zu erzeugen.
Laserstrahlen verändern sich bei Wechselwirkung mit Material
Die Absorption von Laserenergie durch ein Material hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie Wellenlänge, Materialdicke, Kristallstruktur, Materialzusätze, Molekularstruktur und mehr. Das Verfahren nutzt die Vorteile dieser Materialeigenschaften und des Lasers, um eine Verbindung zwischen zwei Kunststoffmaterialien herzustellen – einem, das die Laserenergie überträgt, und einem, das sie absorbiert.
Wenn ein Laserstrahl auf ein Material wie Kunststoff trifft, wird er je nach Wellenlänge und Zusammensetzung des Materials, auf das er trifft, entweder durchgelassen, reflektiert oder absorbiert. Die meisten Materialien weisen alle drei Effekte in einem gewissen Ausmaß auf, jedoch in unterschiedlichen Anteilen. Ein Material kann für Licht im sichtbaren Spektrum optisch klar und für Infrarotlaser sehr absorbierend sein oder für unsere Augen undurchsichtig, für Infrarotlaser jedoch durchlässig sein.
Laserschweißmechanik
Beim Laserschweißen handelt es sich um einen Prozess, bei dem die Verbindung von Materialien durch die Hitze erfolgt, die durch die Anwendung eines konzentrierten, kohärenten Lichtstrahls auf die zu verbindenden Oberflächen entsteht.
Dies wird durch die folgenden Phasen erreicht:
1. Wechselwirkung des Laserstrahls mit dem Werkstückmaterial.
2. Wärmeleitung und Temperaturanstieg.
3. Schmelzen, Verdampfen und Fügen: Beim Schweißen mit dem Laserstrahl trifft die elektromagnetische Strahlung mit einer solchen Energiekonzentration auf die Oberfläche des Grundmetalls, dass die Temperatur an der Oberfläche zu Schmelzdampf wird und sich darunter Schmelzen des Metalls bilden.
