Laserski parametri za zavarivanje

1) Laserska snaga. U laserskom zavarivanju nalazi se laserski prag gustoće energije, ispod kojih je dubina topline plitka, a nakon što se ta vrijednost postigne ili premaše, dubina topline se znatno povećava. Tek kada gustoća laserske snage na radnom komadu prelazi prag (ovisan materijal), generira se plazma, što označava stabilizaciju dubokog fuzijskog zavarivanja. Ako je laserska snaga ispod ovog praga, radni komad podvrgava se samo površinski topljenje, tj. Zavarivanje se nastavlja u stabilnom vrstu prenosa topline. Kada je gustoća laserskog napajanja u blizini kritičnog stanja male formiranja rupa, dubokih fuzijskih zavarivanja i zavarivanja provodljivosti alternativni i postaju nestabilni procesi zavarivanja, što rezultira velikim fluktuacijama u dubini topline. U laserskom zavarivanju dubokog fuzija kontrolira i dubinu prodora i brzine zavarivanja, kao što je prikazano na slici 1. Zavarivanje dubine topline izravno je povezano sa gustoćom grede i je li mesto za grešku i bez grede. Općenito, za određeni promjer laserskog snopa, dubina topline se povećava kako se povećava snaga snopa.

2) Zvučna žarišta. Veličina spota za gredu jedna je od najvažnijih varijabli u laserskom zavarivanju, jer određuje gustoću snage. Međutim, njegovo mjerenje je izazov za lasere velike snage, iako su mnoge indirektne tehnike mjerenja već dostupne.

Veličina žarišta grede može se izračunati iz teorije tableta iz tačke difrakcije, ali stvarna tačka je veća od izračunate vrijednosti zbog prisutnosti aberacije fokusiranja objektiva. Najjednostavnija stvarna metoda mjerenja je metoda izotermnog profila, koja je mjerenje žarišnog mjesta i promjera perforacije nakon paljenja i prodiranja polipropilenske ploče s gustim papirom. Ova metoda treba mjeriti praksom, savladavajući veličinu laserskog moći i vremena djelovanja snopa.

3) Vrijednost apsorpcije materijala. Apsorpcija lasera materijalom ovisi o nekim važnim svojstvima materijala, poput apsorpcijskog stopa, reflektivnosti, toplinske provodljivosti, temperature topljenja, temperature isparavanja itd. Najvažnija je stopa apsorpcije.

Čimbenici koji utječu na stopu apsorpcije materijala do laserskog snopa uključuju dva aspekta: prvo, otpornost materijala. Nakon mjerenja apsorpcijske stope polirane površine materijala, utvrđeno je da je stopa apsorpcije materijala proporcionalna kvadratnom korijenu koeficijenta otpornosti, što zauzvrat varira od temperature; Drugo, površinsko stanje (ili završetak) materijala ima važniji učinak na stopu apsorpcije snopa, čime je značajan utjecaj na efekt zavarivanja.

CO2 laserska valna dužina je obično 10,6 μm, keramika, stakla, guma, plastike i ostali nemetali na svojoj apsorpcijskoj temperaturi na sobnoj temperaturi vrlo visoki, dok su metalni materijali na sobnoj temperaturi vrlo loša, dok se materijal netko rastopio ili čak ispario, njegova apsorpcija oštro povećala. Upotreba površinskog premaza ili površinske proizvodnje metode oksidnog filma za poboljšanje apsorpcije materijala do snopa vrlo je učinkovit.

4) Brzina zavarivanja. Brzina zavarivanja ima veliki utjecaj na dubinu topline, povećati brzinu će napraviti dubinu topljenja plitkog, ali brzina je preniska i dovest će do prevelikog topljenja materijala. Stoga, određena laserska snaga i određena debljina određenog materijala imaju prikladan raspon brzine zavarivanja i u kojoj se odgovarajuća vrijednost brzine može dobiti kada se maksimalna dubina rastopi. Slika 2 daje odnos između brzine zavarivanja i dubine dubine od 1018 čelika.

5) Zaštitni gas. Proces laserskih zavarivanja često koristi inertni plin za zaštitu rastopljenja, kada su neki materijali zavarili bez obzira na površinsko oksidaciju, ali ne razmatraju i zaštitu, ali za većinu aplikacija često se koristi helijum, argona, dušika i ostali gasovi za zaštitu tokom postupka zavarivanja.

Helijum nije lako jonizirano (jonizacijska energija je visoka), omogućavajući laseru da prođe kroz energiju i energiju za gredu da bi se nespremna u površinu radnog komada. To je najefikasniji zaštitni gas koji se koristi u laserskom zavarivanju, ali je skuplji.

Argon je jeftiniji i gust, pa štiti bolje. Međutim, osjetljiv je na visokotempet temperaturnu metalnu ionizaciju metala, što rezultira zaštitnim dijelom snopa do radnog komada, smanjujući efikasnu lasersku snagu za zavarivanje i također umanjenje brzine zavarivanja i dubinu topline. Površina zavarenog dijela je glatka sa zaštitom argona nego kod zaštite helija.

Dušik je najjeftiniji štitnički plin, ali nije pogodan za neke vrste zavarivanja od nehrđajućeg čelika, uglavnom zbog metalurških problema, poput apsorpcije, koji ponekad stvara poroznost u zonu krila.

Druga uloga korištenja zaštitnog plina je zaštita sočiva za fokusiranje iz metalne kontaminacije pare i prskanje tečnih rastopljenih kapljica. To je posebno potrebno u laserskom zavarivanju visokog snage, gdje izbacivanje postaje vrlo moćan.

Treća funkcija zaštitnog plina je da je efikasna u disperziranju štitig plazme proizvedenog laserskom zavarivanjem velike snage. Metal pare apsorbira laserski snop i ionizira u oblak plazme, a zaštitni plin oko metalne pare također je ioniziran toplinom. Ako je prisutna previše plazme, laserski snop troši plazmu u određenoj mjeri. Prisutnost plazme kao druge energije na radnoj površini čini dubinu rastopljeg plitkog i površine za zavarivanje bazena. Stopa kompleksa elektrona povećava se povećanjem broja elektron-jonskih i neutralnih atoma tromjesečnih sudara za smanjenje gustoće elektrona u plazmi. Lakši neutralni atom, veća je frekvencija sudara, veća je složena stopa; S druge strane, samo visoka jonizaciona energija zaštitnog plina, tako da ne povećava gustoću elektrona zbog ionizacije samog plina.

Kao što se može vidjeti iz tablice, veličina oblaka u plazmi varira s zaštitnim plinom koji se koristi, a helijum je najmanji, a slijedi azot, a najveći kada se koristi argon. Što je veća veličina plazme, plitka dubina topljenja. Razlog ove razlike prvo je zbog različitog stepena jonizacije molekula plina i takođe zbog razlike u difuziji metalne pare uzrokovane različitim gustoćom zaštitnih gasova.

Helijum je najmanje jonizirano i najmanje gusto, a brzo dišete rastuće metalne pare iz rastopljenog metalnog bazena. Stoga upotreba helija kao zaštitnog plina može maksimizirati suzbijanje plazme, čime se povećava dubinu topline i poboljšanju brzine zavarivanja; Nije lako uzrokovati poroznost zbog svoje svjetlosne težine i sposobnosti bijega. Naravno, iz naših stvarnih rezultata zavarivanja učinak zaštite argonskim plinom nije loš.

Oblak u plazmi na dubini topline u zoni brzine niske zavarivanja je najočitija. Kada se brzina zavarivanja poveća, njegov utjecaj će biti oslabljen.

Zaštitni plin izbacuje se kroz otvor mlaznice na određenom pritisku da dođe do površine radnog komada. Hidrodinamički oblik mlaznice i veličine promjera izlaza vrlo su važni. Mora biti dovoljno velik da pogorša prskani zaštitni gas da pokrije zavarivačku površinu, ali kako bi se učinkovito zaštitilo objektiv i sprečavaju kontaminaciju metalne pare ili oštećenje metala na objektiv, veličina mlaznice također treba biti ograničena. Protok također treba kontrolirati, u protivnom laminarni protok zaštitnog plina postaje burbulentan i atmosfera postaje uključena u rastopljeni bazen, na kraju formira poroznost.

Da bi se poboljšao efekat zaštite, dostupni su i dodatni bočni puhački način, odnosno kroz manju mlaznicu promjera bit će zaštitni plin na određeni ugao direktno u duboki rupu za zavarivanje. Zaštitni plin ne samo da potiskuje oblak plazme na površini radnog komada, ali također utječe na plazmu u rupi i stvaranju male rupe, dodatno povećavajući dubinu fuzije i dobivanje dublje i šireg i šireg zavarivačnog šava nego što je poželjno. Međutim, ova metoda zahtijeva preciznu kontrolu veličine i smjera protoka plina, u protivnom je lako proizvesti turbulenciju i oštetiti mjehur, što rezultira procesom zavarivanja teško je stabilizirati.

6) žarišna duljina sočiva. Zavarivanje se obično koristi za fokusiranje načina na koji je laserska konvergencija, opći izbor 63 ~ 254mm (2,5 '~ 10 ') žarišna duljina sočiva. Fokusirana veličina spot proporcionalna je žarišnom duljinu, što je kraća žarišna duljina, manja tačka. Ali žarište utječe i na žarišnu dubinu, odnosno žarišna dubina istovremeno se povećala žarišna dubina, tako da kratka žarišna dubina može poboljšati gustoću energije, ali zbog male žarišne dubine, udaljenost između objektiva i radnog komada, a dubina topljenja nije velika. Zbog utjecaja prskanje proizvedenog u procesu zavarivanja i laserskog režima, može se odabrati najkraću dubinu fokusa 126 mm (5 '), a zavarivanje sa žarišnom duljinom od 254 mm (10 '), u tom slučaju je potrebna veća laserska izlazna snaga (gustoća snage) za postizanje dubokog topi malu efekat rupa.

Kada laserska snaga prelazi 2kW, posebno za laserski snop od 10,6 j CO2, zbog upotrebe posebnih optičkih materijala kako bi se izbjegao rizik od optičke oštećenja na fokusiranju sočiva, često odabrati metodu refleksije, općenito pomoću poliranog bakrenog ogledala za reflektor. Zbog efikasnog hlađenja često se preporučuje za fokusiranje laserske grede velike snage.

7) poziciju fokusne tačke. Zavarivanje, kako bi se održala dovoljna gustoća napajanja, položaj žarišta je kritična. Promjene u položaju žarišne tačke u odnosu na površinu radnog komada direktno utječu na širinu i dubinu zavarivanja. Na slici 3 prikazan je učinak položaja žarišta na dubini rastopljenja i širine šava od 1018 čelika. U većini laserskih aplikacija za zavarivanje, fokusna tačka se obično nalazi približno 1/4 željene dubine topline ispod površine obratka.

8) Laserski položaj snopa. Kada laser zavarivanje različitih materijala, položaj laserskih snopa kontrolira konačni kvalitet zavara, posebno u slučaju stražnjih spojeva koji su osjetljiviji na to od spojeva u krilu. Na primjer, kada su očvrsnute čelične zupčane zupčane bubnjeve, pravilna kontrola položaja laserskog snopa olakšat će proizvodnju zavarivanja s pretežno niskom ugljičnom komponentom, koja ima bolju otpornost na ugljiku, koja ima bolju otpornost na pucanje. U nekim se aplikacijama geometrija radnog dijela zavariva zahtijeva da laserski snop odbija uglom. Kada je ugao razgovora između osi snopa i aviona zglobova nalazi se na 100 stepeni, apsorpcija laserske energije po radnom komadu neće utjecati.

9) Zavarivanje i krajnje točka laserskog postepenog porasta, postepeno kontrola pada. Lasersko zavarivanje dubokog fuzije, bez obzira na dubinu zavara, pojava malih rupa uvijek postoji. Kada se proces zavarivanja prekine i prekidač za napajanje je isključen, krater će se pojaviti na kraju zavara. Pored toga, kada laserski sloj za zavarivanje pokriva originalno zavarivanje, bit će pretjerana apsorpcija laserskog snopa, što rezultira pregrijavanjem ili poroznom zavarivanja.

Da bi se spriječilo gore navedene pojave, pokretanje i zaustavljanje napajanja mogu se podesiti, tj. Pokretačka snaga je elektronski povećana od nule na postavljenu vrijednost u kratkom vremenu, a napokon se napajanje postepeno smanjuje sa postavljenog napajanja na nultu vrijednost kada se zavarivanje prekida.