Laser sweis hoofprosesparameters

1) Laserkrag. Daar is 'n drempel vir laserenergiedigtheid in lasersweiswerk, waaronder die smelt diepte vlak is, en sodra hierdie waarde bereik of oorskry is, neem die diepte van smelt aansienlik toe. Slegs as die laserkragdigtheid op die werkstuk die drempel oorskry (materiaalafhanklik), word plasma gegenereer, wat die stabilisering van die diep samesmeltings sweis. As die laserkrag onder hierdie drempel is, ondergaan die werkstuk slegs oppervlaksmelting, dit wil sê die sweiswerk in 'n stabiele hitte -oordragstipe. As die laserkragdigtheid naby die kritieke toestand van klein gaatvorming is, wissel die diep samesmeltingslas en geleidingsweiswerk afwisselend en word dit onstabiele sweisprosesse, wat lei tot groot skommelinge in die smeltdiepte. In laser -diep fusie -sweiswerk beheer die laserkrag beide die diepte van die penetrasie en die sweissnelheid, soos getoon in Figuur 1. Oor die algemeen neem die diepte van die smelt toe vir 'n sekere deursnee van die laserstraal toe die balkvermoë toeneem.

2) balkfokuspunt. Die grootte van die balk is een van die belangrikste veranderlikes in lasersweiswerk, aangesien dit die drywingsdigtheid bepaal. Die meting daarvan is egter 'n uitdaging vir lasers met 'n hoë krag, hoewel baie indirekte metingstegnieke reeds beskikbaar is.

Die balk -fokale diffraksielimietgrootte kan die grootte van die lig diffraksieteorie bereken word, maar die werklike plek is groter as die berekende waarde as gevolg van die teenwoordigheid van die afwyking van die fokuslens. Die eenvoudigste werklike meetmetode is die isotermiese profielmetode, wat is om die fokuspunt en perforasie -deursnee te meet na die verbranding en binnedring van 'n polipropileenplaat met dik papier. Hierdie metode moet gemeet word aan die praktyk, wat die grootte van die laserkrag en die tyd van die balkaksie bemeester.

3) Materiële absorpsiewaarde. Die opname van laser deur die materiaal hang af van enkele belangrike eienskappe van die materiaal, soos absorpsietempo, reflektiwiteit, termiese geleidingsvermoë, smelttemperatuur, verdampingstemperatuur, ens. Die belangrikste is die absorpsietempo.

Faktore wat die absorpsietempo van die materiaal op die laserstraal beïnvloed, bevat twee aspekte: eerstens die weerstand van die materiaal. Na die meting van die absorpsietempo van die gepoleerde oppervlak van die materiaal, word gevind dat die materiaalabsorpsietempo eweredig is aan die vierkantswortel van die weerstandskoëffisiënt, wat weer met temperatuur wissel; Tweedens het die oppervlaktoestand (of afwerking) van die materiaal 'n belangriker effek op die absorpsietempo van die balk, en het dus 'n beduidende effek op die sweiseffek.

CO2-laseruitsetgolflengte is gewoonlik 10,6μm, keramiek, glas, rubber, plastiek en ander nie-metale op die absorpsietempo by kamertemperatuur, is baie hoog, terwyl metaalmateriaal by kamertemperatuur op die absorpsie baie swak is, totdat die materiaal sodra dit gesmelt of selfs verdamp het, die absorpsie skerp verhoog het. Die gebruik van oppervlakbedekking of oppervlakopwekking van die oksiedfilmmetode om die opname van die materiaal op die balk te verbeter, is baie effektief.

4) Sweelspoed. Sweissnelheid het 'n groot impak op die diepte van die smelt, verhoog die snelheid sal die diepte van smelt vlak maak, maar die snelheid is te laag en sal lei tot oormatige smelt van die materiaal, die werkstuk sweis deur. Daarom het 'n sekere laserkrag en 'n sekere dikte van 'n spesifieke materiaal 'n geskikte reeks sweissnelheid, en waarin die ooreenstemmende snelheidswaarde verkry kan word wanneer die maksimum diepte van die smelt. Figuur 2 gee die verband tussen sweissnelheid en smeltdiepte van 1018 staal.

5) Beskermende gas. Lasersweisproses gebruik dikwels inerte gas om die smeltpoel te beskerm, as sommige materiale gesweis is, ongeag die oppervlakoksidasie, oorweeg dit ook nie die beskerming nie, maar vir die meeste toepassings word dikwels helium, argon, stikstof en ander gasse vir beskerming gebruik, sodat die werkstuk van oksidasie tydens die sweisproses.

Helium is nie maklik geïoniseerd nie (ionisasie -energie is hoog), waardeur die laser deurgaan en die balkenergie die oppervlak van die werkstuk onbelemmerd bereik. Dit is die doeltreffendste afskermgas wat in lasersweis gebruik word, maar is duurder.

Argon is goedkoper en digter, so dit beskerm beter. Dit is egter vatbaar vir die hoë temperatuur van metaalplasma -ionisasie, wat daartoe lei dat 'n deel van die balk teen die werkstuk beskerm word, wat die effektiewe laserkrag vir sweiswerk verminder en ook die sweissnelheid en die smelt van die smelt benadeel. Die oppervlak van die gelaste deel is gladder met argonbeskerming as met heliumbeskerming.

Stikstof is die goedkoopste afskermgas, maar dit is nie geskik vir sommige soorte vlekvrye staal sweiswerk nie, veral as gevolg van metallurgiese probleme, soos absorpsie, wat soms poreusheid in die skoot sone lewer.

Die tweede rol van die gebruik van 'n afskermgas is om die fokuslens te beskerm teen metaaldampbesoedeling en sputtering van vloeibare gesmelte druppels. Dit is veral nodig in lasersweiswerk met 'n hoë mag, waar die ejecta baie kragtig word.

'N Derde funksie van die afskermgas is dat dit effektief is in die verspreiding van die plasma-afskerming wat deur hoë-krag lasersweiswerk geproduseer word. Die metaaldamp absorbeer die laserstraal en ioniseer in 'n plasma -wolk, en die afskermgas om die metaaldamp word ook deur die hitte geïoniseer. As daar te veel plasma aanwesig is, word die laserstraal tot 'n sekere mate deur die plasma verbruik. Die teenwoordigheid van plasma as 'n tweede energie op die werkoppervlak maak die diepte van die smelt vlak en die sweispoeloppervlak wyer. Die tempo van elektronkompleksasie word verhoog deur die aantal elektron-ioon- en neutrale-atoom-drie-liggaam-botsings te verhoog om die elektrondigtheid in die plasma te verminder. Hoe ligter die neutrale atoom, hoe hoër is die botsingsfrekwensie, hoe hoër is die saamgestelde tempo; Aan die ander kant is slegs die hoë ionisasie -energie van die afskermgas, om nie die elektrondigtheid te verhoog as gevolg van die ionisasie van die gas self nie.

Soos gesien kan word vanaf die tafel, wissel die plasma -wolkgrootte met die beskermende gas wat gebruik word, met helium wat die kleinste is, gevolg deur stikstof, en die grootste wanneer argon gebruik word. Hoe groter die plasma -grootte, hoe vlak die smeltdiepte. Die rede vir hierdie verskil is eerstens te wyte aan die verskillende mate van ionisasie van die gasmolekules en ook as gevolg van die verskil in die verspreiding van die metaaldamp wat veroorsaak word deur die verskillende digthede van die beskermende gasse.

Helium is die minste geïoniseerd en die minste dig, en dit verwyder vinnig die stygende metaaldamp uit die gesmelte metaalpoel. Daarom kan die gebruik van helium as 'n afskermgas die onderdrukking van plasma maksimeer en sodoende die diepte van die smelt verhoog en die sweissnelheid verbeter; Dit is nie maklik om poreusheid te veroorsaak nie as gevolg van die ligte gewig en die vermoë om te ontsnap. Uit ons werklike sweisresultate is die effek van beskerming met argongas natuurlik nie sleg nie.

Plasma -wolk op die diepte van die smelt in die lae sweisnelheidsone is die duidelikste. As die sweissnelheid toeneem, sal die invloed daarvan verswak word.

Die afskermgas word deur 'n sekere druk deur die spuitstukopening uitgeskiet om die werkstukoppervlak te bereik. Die hidrodinamiese vorm van die spuitkop en die grootte van die deursnee van die uitlaat is baie belangrik. Dit moet groot genoeg wees om die spuitbeskermingsgas aan te dryf om die sweisoppervlak te bedek, maar om die lens effektief te beskerm en metaaldampbesoedeling of metaalspatdeskade aan die lens te voorkom, moet die spuitkopgrootte ook beperk word. Die vloeitempo moet ook beheer word, anders word die laminêre vloei van afskermgas onstuimig en word die atmosfeer betrokke by die gesmelte poel en vorm dit uiteindelik porositeit.

Om die beskermingseffek te verbeter, ook beskikbaar, ekstra laterale waai, dit wil sê deur 'n kleiner deursnee -spuitstuk is die beskermende gas tot 'n sekere hoek direk in die diep gesmelte sweisgat. Die afskermgas onderdruk nie net die plasma -wolk op die oppervlak van die werkstuk nie, maar het ook 'n invloed op die plasma in die gat en die vorming van die klein gaatjie, wat die diepte van die samesmelting verder verhoog en 'n dieper en breër sweisnaat verkry as wat wenslik is. Hierdie metode vereis egter presiese beheer van die grootte en rigting van die gasvloei, anders is dit maklik om turbulensie te produseer en die smeltpoel te beskadig, wat lei tot die sweisproses is moeilik om te stabiliseer.

6) Lens fokuslengte. Sweiswerk word gewoonlik gebruik om te konsentreer op die manier waarop die laser -konvergensie, die algemene keuse van 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10 ') brandpunt van die lens, fokus. Gefokusde kolgrootte is eweredig aan die brandpunt, hoe korter is die brandpuntlengte, hoe kleiner is die plek. Maar die brandpuntslengte beïnvloed ook die fokusdiepte, dit wil sê die fokusdiepte neem gelyktydig met die fokuslengte toe, sodat die kort brandpuntlengte die drywingsdigtheid kan verbeter, maar as gevolg van die klein fokusdiepte, moet die afstand tussen die lens en die werkstuk akkuraat gehandhaaf word, en die smeltdiepte is nie groot nie. As gevolg van die invloed van die spatsel wat tydens die sweisproses en die lasermodus opgewek word, is die werklike sweiswerk met behulp van die kortste diepte van die fokus meer fokale lengte 126 mm (5 '). As die naat groot is of die sweisnaat verhoog moet word deur die groot grootte te verhoog, kan 'n lens met 'n fokuslengte van 254 mm (10 ') gekies word, in die geval van 'n hoër laser -krag (krag), is dit nodig om 'n hoër laser -krag te kry (krag) Diep smelt klein gaatjie -effek.

As die laserkrag 2kW oorskry, veral vir die 10,6μM CO2 -laserstraal, as gevolg van die gebruik van spesiale optiese materiale om die optiese stelsel te vorm, kies u die weerkaatsingsfokusmetode, om die risiko van optiese skade aan die fokuslens te vermy. As gevolg van die effektiewe verkoeling, word dit dikwels aanbeveel vir die fokus van die laserbalk met 'n hoë krag.

7) Fokuspuntposisie. Sweiswerk is die fokuspuntposisie van kritieke belang om voldoende kragdigtheid te handhaaf. Veranderings in die posisie van die fokuspunt relatief tot die werkstukoppervlak beïnvloed die sweiswydte en diepte direk. Figuur 3 toon die effek van die fokuspuntposisie op die diepte van die smelt- en naatwydte van 1018 staal. In die meeste laserweis -toepassings word die fokuspunt tipies ongeveer 1/4 van die gewenste diepte van smelt onder die werkstukoppervlak geplaas.

8) Laserstraalposisie. Wanneer laser sweis van verskillende materiale, beheer die laserstraalposisie die finale kwaliteit van die sweislas, veral in die geval van boude -gewrigte wat meer sensitief is as die skootverbindings. Byvoorbeeld, as geharde staalratte aan sagte staaltromme gesweis word, sal die behoorlike beheer van die laserstraalposisie die produksie van 'n sweiswerk met 'n oorwegend lae koolstofkomponent vergemaklik, wat 'n beter kraakweerstand het. In sommige toepassings vereis die meetkunde van die werkstuk wat gesweis moet word, dat die laserstraal deur 'n hoek afgebuig moet word. As die buighoek tussen die balkas en die gewrigsvlak binne 100 grade is, word die opname van laserenergie deur die werkstuk nie beïnvloed nie.

9) Sweisstart en eindpunt van die laserkrag geleidelike styging, geleidelike afname -beheer. Laser Deep Fusion sweiswerk, ongeag die diepte van die sweislas, bestaan ​​die verskynsel van klein gaatjies altyd. As die sweisproses beëindig word en die kragskakelaar afgeskakel is, sal 'n krater aan die einde van die sweislas verskyn. Daarbenewens, wanneer die lasersweislaag die oorspronklike sweislas bedek, sal daar 'n oormatige opname van die laserstraal wees, wat lei tot oorverhitting of poreusheid van die sweislas.

Om bogenoemde verskynsels te voorkom, kan die kragstart- en stoppunte geprogrammeer word sodat die kragstart- en stoptye verstelbaar word, dit wil sê die aanvangskrag word elektronies verhoog van nul na die vasgestelde kragwaarde in 'n kort tydjie en die sweistyd word aangepas, en uiteindelik word die krag geleidelik verminder van die vasgestelde krag na die nulwaarde wanneer die sweiswerk beëindig word.