Lasersweis hoof proses parameters

1) Laserkrag. Daar is 'n laser-energiedigtheidsdrempel in lasersweiswerk, waaronder die smeltdiepte vlak is, en sodra hierdie waarde bereik of oorskry word, neem die smeltdiepte aansienlik toe. Slegs wanneer die laserkragdigtheid op die werkstuk die drempel (materiaalafhanklik) oorskry, word plasma gegenereer, wat die stabilisering van diepsmeltsweiswerk aandui. As die laserkrag onder hierdie drempel is, ondergaan die werkstuk slegs oppervlaksmelting, dws die sweiswerk vind plaas in 'n stabiele hitte-oordragtipe. Wanneer die laserkragdigtheid naby die kritieke toestand van klein gaatjievorming is, wissel diepsmeltsweis- en geleidingsweiswerk af en word onstabiele sweisprosesse, wat groot skommelinge in die smeltdiepte tot gevolg het. In laser diepsmeltsweiswerk, beheer die laserkrag beide die penetrasiediepte en die sweisspoed, soos getoon in Figuur 1. Die sweisdiepte van smelt is direk verwant aan die straalkragdigtheid en is 'n funksie van die invallende straalkrag en straalfokuspunt. Oor die algemeen, vir 'n sekere deursnee van die laserstraal, neem die diepte van smelt toe namate die straalkrag toeneem.

2) Straal fokuspunt. Straalvlekgrootte is een van die belangrikste veranderlikes in lasersweiswerk, aangesien dit die drywingsdigtheid bepaal. Die meting daarvan is egter 'n uitdaging vir hoëkraglasers, hoewel baie indirekte meettegnieke reeds beskikbaar is.

Die bundelfokale diffraksielimiet kolgrootte kan uit ligdiffraksieteorie bereken word, maar die werklike kol is groter as die berekende waarde as gevolg van die teenwoordigheid van fokuslensaberrasie. Die eenvoudigste werklike meetmetode is die isotermiese profielmetode, wat is om die fokuspunt en perforasie-deursnee te meet nadat 'n polipropileenplaat met dik papier gebrand en binnegedring is. Hierdie metode moet deur oefening gemeet word, deur die grootte van die laserkrag en die tyd van die straalaksie te bemeester.

3) Materiaal absorpsie waarde. Die absorpsie van laser deur die materiaal hang af van 'n paar belangrike eienskappe van die materiaal, soos absorpsietempo, reflektiwiteit, termiese geleidingsvermoë, smelttemperatuur, verdampingstemperatuur, ens. Die belangrikste een is die absorpsietempo.

Faktore wat die absorpsietempo van die materiaal na die laserstraal beïnvloed, sluit twee aspekte in: eerstens, die weerstand van die materiaal. Nadat die absorpsietempo van die gepoleerde oppervlak van die materiaal gemeet is, 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 laser uitset golflengte is gewoonlik 10.6μm, keramiek, glas, rubber, plastiek en ander nie-metale op sy absorpsie tempo by kamertemperatuur is baie hoog, terwyl metaal materiaal by kamertemperatuur op sy absorpsie is baie swak, totdat die materiaal een keer gesmelt of selfs verdamp, sy absorpsie skerp toegeneem. Die gebruik van oppervlakbedekking of oppervlakgenerering van oksiedfilmmetode om die absorpsie van die materiaal na die balk te verbeter, is baie effektief.

4) sweisspoed. Sweisspoed het 'n groot impak op die diepte van smelt, verhoog die spoed sal die diepte van smelt vlak maak, maar die spoed 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 bepaalde materiaal 'n geskikte reeks sweisspoed, en waarin die ooreenstemmende spoedwaarde verkry kan word wanneer die maksimum diepte van smelt. Figuur 2 gee die verband tussen sweisspoed en smeltdiepte van 1018 staal.

5) Beskermende gas. Laser sweis proses gebruik dikwels inerte gas om die smelt swembad te beskerm, wanneer sommige materiale gesweis ongeag van die oppervlak oksidasie, dan ook nie oorweeg beskerming, maar vir die meeste toepassings word dikwels gebruik helium, argon, stikstof en ander gasse vir beskerming, sodat die werkstuk van oksidasie tydens die sweisproses.

Helium word nie maklik geïoniseer nie (ionisasie-energie is hoog), wat die laser toelaat om deur te gaan en die straalenergie onbelemmerd die oppervlak van die werkstuk te bereik. Dit is die doeltreffendste beskermgas wat in lasersweiswerk gebruik word, maar is duurder.

Argon is goedkoper en digter, so dit beskerm beter. Dit is egter vatbaar vir hoë-temperatuur metaalplasma-ionisasie, wat lei tot die afskerming van 'n deel van die balk na die werkstuk, wat die effektiewe laserkrag vir sweiswerk verminder en ook die sweisspoed en -diepte van 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, hoofsaaklik as gevolg van metallurgiese probleme, soos absorpsie, wat soms porositeit in die skootsone veroorsaak.

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 'n hoë krag laser sweiswerk, waar die uitwerping baie kragtig word.

'n Derde funksie van die afskermgas is dat dit doeltreffend is om die plasma-afskerming wat deur hoë-krag lasersweiswerk vervaardig word, te versprei. Die metaaldamp absorbeer die laserstraal en ioniseer in 'n plasmawolk, en die beskermende gas rondom die metaaldamp word ook deur die hitte geïoniseer. As te veel plasma teenwoordig is, word die laserstraal tot 'n mate deur die plasma verbruik. Die teenwoordigheid van plasma as 'n tweede energie op die werkoppervlak maak die diepte van smelt vlakker en die sweisspoeloppervlak wyer. Die tempo van elektronkompleksering word verhoog deur die aantal elektron-ioon- en neutrale-atoom drie-liggaambotsings te verhoog om die elektrondigtheid in die plasma te verminder. Hoe ligter die neutrale atoom, hoe hoër die botsingsfrekwensie, hoe hoër is die saamgestelde tempo; aan die ander kant 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 uit die tabel gesien kan word, verskil die plasmawolkgrootte 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 plasmagrootte, hoe vlakker is 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 diffusie van die metaaldamp wat veroorsaak word deur die verskillende digthede van die beskermende gasse.

Helium is die minste geïoniseerde en die minste digte, en dit verdryf 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 smelt verhoog en die sweisspoed verbeter; dit is nie maklik om poreusheid te veroorsaak nie as gevolg van sy ligte gewig en vermoë om te ontsnap. Uit ons werklike sweisresultate is die effek van beskerming met argongas natuurlik nie sleg nie.

Plasmawolk op die diepte van smelt in die lae sweisspoedsone is die duidelikste. Wanneer die sweisspoed toeneem, sal die invloed daarvan verswak word.

Die beskermende gas word teen 'n sekere druk deur die mondstukopening uitgestoot om die werkstukoppervlak te bereik. Die hidrodinamiese vorm van die mondstuk en die grootte van die deursnee van die uitlaat is baie belangrik. Dit moet groot genoeg wees om die gespuite afskermgas aan te dryf om die sweisoppervlak te bedek, maar om die lens doeltreffend te beskerm en metaaldampbesoedeling of metaalspatskade aan die lens te voorkom, moet die spuitkopgrootte ook beperk word. Die vloeitempo moet ook beheer word, anders word die laminêre vloei van afskermgas turbulent en die atmosfeer raak betrokke by die gesmelte poel, wat uiteindelik porositeit vorm.

Ten einde die beskerming effek te verbeter, ook beskikbaar bykomende laterale blaas manier, dit wil sê, deur 'n kleiner deursnee mondstuk sal die beskermende gas na 'n sekere hoek direk in die diep gesmelte sweisgat. Die skermgas onderdruk nie net die plasmawolk op die oppervlak van die werkstuk nie, maar oefen ook 'n invloed uit op die plasma in die gat en die vorming van die klein gaatjie, wat die samesmeltingsdiepte verder verhoog en 'n dieper en wyer sweisnaad verkry as wat wenslik is. Hierdie metode vereis egter presiese beheer van gasvloeigrootte en rigting, 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 brandpuntsafstand. Sweiswerk word gewoonlik gebruik om die manier waarop die laserkonvergensie, die algemene keuse van 63 ~ 254mm (2.5 '~ 10') brandpuntsafstand van die lens, te fokus. Gefokusde kolgrootte is eweredig aan die brandpunt, hoe korter die brandpunt, hoe kleiner is die kol. Maar die brandpuntsafstand beïnvloed ook die brandpuntsdiepte, dit wil sê, die brandpuntsdiepte verhoog gelyktydig met die brandpuntsafstand, sodat die kort brandpuntafstand die kragdigtheid kan verbeter, maar as gevolg van die klein brandpuntdiepte 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 spatsels wat tydens die sweisproses en die lasermodus gegenereer word, kan die werklike sweiswerk met die kortste fokusdiepte meer brandpuntsafstand 126mm (5'). Wanneer die naat groot is of die sweisnaat vergroot moet word deur die kolgrootte te vergroot, kan 'n lens met 'n brandpuntsafstand van 254mm (10') gekies word, in welke geval 'n hoër smeltkrag vereis word om 'n laseruitset te bereik. gat effek.

Wanneer 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, om die risiko van optiese skade aan die fokuslens te vermy, kies dikwels die refleksie-fokusmetode, gewoonlik met behulp van gepoleerde koperspieël vir die reflektor. As gevolg van die effektiewe verkoeling, word dit dikwels aanbeveel vir hoëkrag laserstraalfokusering.

7) fokuspunt posisie. Sweiswerk, om voldoende kragdigtheid te handhaaf, is die fokuspuntposisie krities. Veranderinge in die posisie van die fokuspunt relatief tot die werkstukoppervlak beïnvloed die sweiswydte en -diepte direk. Figuur 3 toon die effek van fokuspuntposisie op die diepte van smelt en naatwydte van 1018 staal. In die meeste lasersweistoepassings is die fokuspunt tipies ongeveer 1/4 van die verlangde smeltdiepte onder die werkstukoppervlak geplaas.

8) Laserstraal posisie. Wanneer verskillende materiale lasersweis word, beheer die laserstraalposisie die finale kwaliteit van die sweislas, veral in die geval van stompvoege wat meer sensitief is hiervoor as skootverbindings. Byvoorbeeld, wanneer geharde staalratte aan sagte staaldromme gesweis word, sal behoorlike beheer van die laserstraalposisie die vervaardiging van 'n sweislas met 'n oorwegend lae koolstofkomponent, wat beter kraakweerstand het, vergemaklik. In sommige toepassings vereis die geometrie van die werkstuk wat gesweis moet word dat die laserstraal met 'n hoek afgebuig word. Wanneer die afbuighoek tussen die bundel-as en die gewrigsvlak binne 100 grade is, sal die absorpsie van laserenergie deur die werkstuk nie beïnvloed word nie.

9) Sweis begin en eindpunt van die laser krag geleidelike styging, geleidelike afname beheer. Laser diepsmeltsweiswerk, ongeag die diepte van die sweislas, die verskynsel van klein gaatjies bestaan ​​altyd. Wanneer 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 oormatige absorpsie van die laserstraal wees, wat lei tot oorverhitting of porositeit van die sweislas.

Ten einde bogenoemde verskynsels te voorkom, kan die kragbegin- en stoppunte so geprogrammeer word dat die kragaansit- en stoptye verstelbaar word, dws die aansitkrag word in 'n kort tydperk elektronies verhoog van nul tot die gestelde drywingswaarde en die sweistyd word aangepas, en uiteindelik word die drywing geleidelik verminder vanaf die gestelde drywing na die nulwaarde wanneer die sweiswerk beëindig word.