Parametry svařování laserového svařování

1) Laserová síla. V laserovém svařování je prahová hodnota hustoty laserové energie, pod kterým je hloubka taveniny mělká, a jakmile je tato hodnota dosažena nebo překročena, hloubka taveniny se podstatně zvýší. Pouze v případě, že laserová hustota výkonu na obrobku překročí prahovou hodnotu (závislý na materiálu), generuje se plazma, což označuje stabilizaci hluboké fúzní svařování. Pokud je laserový výkon pod touto prahovou hodnotou, obrobí podléhá pouze tání povrchu, tj. Svařovací postupuje ve stabilním typu přenosu tepla. Když je hustota laserového výkonu blízko kritického stavu tvorby malých otvorů, svařování hlubokého fúze a svařování vedení se střídá a stává se nestabilními svařovacími procesy, což má za následek velké kolísání hloubky taveniny. V laserové hluboké fúzní svařování řídí laserový výkon jak hloubky penetrace, tak rychlosti svařování, jak je znázorněno na obrázku 1. Hloubka svařování taveniny přímo souvisí s hustotou výkonu paprsku a je funkcí ohniskového bodu dopadajícího paprsku a fokálním místem paprsku. Obecně platí, že pro určitý průměr laserového paprsku se se zvyšuje hloubka taveniny.

2) Pohyb paprsku. Velikost botu paprsku je jednou z nejdůležitějších proměnných v laserovém svařování, protože určuje hustotu výkonu. Jeho měření je však výzvou pro lasery s vysokým výkonem, ačkoli mnoho nepřímých měřicích technik je již k dispozici.

Velikost bodového limitu fokální difrakce paprsku může být vypočtena z teorie difrakcí světla, ale skutečné místo je větší než vypočítaná hodnota v důsledku přítomnosti aberace zaostřovací čočky. Nejjednodušší metodou skutečného měření je metoda izotermálního profilu, která má měřit ohniskový průměr a průměr perforace po spálení a pronikání polypropylenové destičky silným papírem. Tato metoda by měla být měřena praxí, zvládnutím velikosti laserového výkonu a časem působení paprsku.

3) Hodnota absorpce materiálu. Absorpce laseru materiálem závisí na některých důležitých vlastnostech materiálu, jako je rychlost absorpce, odrazivost, tepelná vodivost, teplota tání, teplota odpařování atd. Nejdůležitější je absorpční rychlost.

Mezi faktory ovlivňující rychlost absorpce materiálu na laserový paprsek patří dva aspekty: zaprvé, odpor materiálu. Po měření absorpční rychlosti leštěného povrchu materiálu se zjistí, že rychlost absorpce materiálu je úměrná druhou odmocnině koeficientu odporu, který se zase liší s teplotou; Za druhé, povrchový stav (nebo povrch) materiálu má důležitější účinek na rychlost absorpce paprsku, čímž má významný vliv na svařovací efekt.

Výstupní vlnová délka laseru CO2 je obvykle 10,6 um, keramika, sklo, guma, plast a další nekovy na jeho absorpční rychlosti při teplotě místnosti je velmi vysoká, zatímco kovové materiály při teplotě místnosti při jeho absorpci jsou velmi špatné, dokud se materiál kdysi roztaven nebo dokonce odpařuje, a jeho absorpce se prudce zvýšila. Použití povrchového povlaku nebo vytváření povrchu metody oxidového filmu ke zlepšení absorpce materiálu na paprsek je velmi účinné.

4) Rychlost svařování. Rychlost svařování má velký dopad na hloubku taveniny, zvýšení rychlosti způsobí, že hloubka roztavení mělce, ale rychlost je příliš nízká a povede k nadměrnému tání materiálu, obrobí se svařuje obrobku. Určitý laserový výkon a určitá tloušťka konkrétního materiálu má proto vhodný rozsah rychlosti svařování a ve kterém lze získat odpovídající hodnotu rychlosti, když je maximální hloubka taveniny. Obrázek 2 poskytuje vztah mezi rychlostí svařování a hloubkou taveniny 1018 oceli.

5) Ochranný plyn. Proces svařování laseru často používá inertní plyn k ochraně taveného fondu, když se některé materiály svařovaly bez ohledu na oxidaci povrchu, pak také nezohledňují ochranu, ale pro většinu aplikací se často používají helium, argon, dusík a jiné plyny pro ochranu, takže obrobku před oxidací během procesu svařování.

Helium není snadno ionizováno (ionizační energie je vysoká), což umožňuje laseru projít a energie paprsku dosáhnout povrchu obrobku neomezeného. Je to nejúčinnější stínící plyn používaný při laserovém svařování, ale je dražší.

Argon je levnější a hustší, takže lépe chrání. Je však náchylná k ionizaci plazmy s vysokou teplotou, což má za následek stínění části paprsku k obrobku, čímž se snižuje efektivní laserový výkon svařování a také zhoršuje rychlost svařování a hloubku taveniny. Povrch svařované části je plynulejší s ochranou argonu než s ochranou helia.

Dusík je nejlevnější stínící plyn, ale není vhodný pro některé typy svařování z nerezové oceli, zejména kvůli metalurgickým problémům, jako je absorpce, která někdy způsobuje pórovitost v zóně klína.

Druhou rolí používání stínícího plynu je ochrana zaostřovací čočky před kontaminací kovové páry a rozprašováním kapiček kapaliny. To je zvláště nutné u laserového svařování s vysokým výkonem, kde se ejekta stává velmi silnou.

Třetí funkcí stínícího plynu je, že je účinný při rozptýlení plazmového stínění produkovaného vysoce výkonným laserovým svařováním. Kovová pára absorbuje laserový paprsek a ionizuje se do plazmatického mraku a stínící plyn kolem kovové páry je také ionizován teplem. Pokud je přítomno příliš mnoho plazmy, plazma je do jisté míry konzumována laserovým paprskem. Přítomnost plazmy jako druhé energie na pracovní ploše způsobuje, že hloubka roztavení mělčí a povrch svaru širší. Rychlost komplexace elektronů se zvyšuje zvýšením počtu kolizí elektronových iontů a neutrálních atomů, aby se snížila hustota elektronů v plazmě. Čím lehčí je neutrální atom, tím vyšší je frekvence kolize, tím vyšší je míra sloučeniny; Na druhé straně pouze vysoká ionizační energie stínícího plynu, aby se nezvyšovala hustota elektronů v důsledku ionizace samotného plynu.

Jak je vidět z stolu, velikost oblaku plazmy se mění s použitím ochranného plynu, přičemž helium je nejmenší, následované dusíkem a největší, když se používá argon. Čím větší je velikost plazmy, tím mělčí hloubka tání. Důvod tohoto rozdílu je nejprve způsoben různým stupněm ionizace molekul plynu a také kvůli rozdílu v difúzi kovové páry způsobené různými hustotami ochranných plynů.

Helium je nejméně ionizované a nejméně husté a rychle rozptyluje stoupající kovovou páru z roztaveného kovového bazénu. Proto použití helia jako stínícího plynu může maximalizovat potlačení plazmy, čímž se zvyšuje hloubku taveniny a zlepšení rychlosti svařování; Není snadné způsobit pórovitost kvůli jeho nízké hmotnosti a schopnosti uniknout. Z našich skutečných výsledků svařování samozřejmě není účinek ochrany argonovým plynem špatný.

Plazmový mrak v hloubce taveniny v zóně s nízkou svařováním je nejzřetelnější. Když se zvyšuje rychlost svařování, jeho vliv bude oslaben.

Stíněný plyn je vystřelen otvorem trysky při určitém tlaku, aby dosáhl povrchu obrobku. Hydrodynamický tvar trysky a velikost průměru výstupu je velmi důležitý. Musí být dostatečně velký, aby řídil stříkaný stínící plyn, aby zakryl svařovací povrch, ale aby účinně chránil čočku a zabránil kontaminaci kovové páry nebo poškození rozstřikování kovového rozstřiku na čočce, měla by být velikost trysky také omezena. Průtok by měl být také kontrolován, jinak se laminární tok stíněného plynu stává turbulentním a atmosféra se zapojí do roztaveného bazénu, což nakonec tvoří porozitu.

Aby se zlepšil efekt ochrany, bude také dostupný další boční foukací způsob, tj. Tryska menšího průměru bude ochranným plynem do určitého úhlu přímo do hlubokého roztaveného svaru. Stítový plyn nejen potlačuje plazmový mrak na povrchu obrobku, ale také má vliv na plazmu v díře a tvorbu malého otvoru, což dále zvyšuje hloubku fúze a získává hlubší a širší svařovací švů, než je žádoucí. Tato metoda však vyžaduje přesnou kontrolu velikosti a směru toku plynu, jinak je snadné produkovat turbulenci a poškodit bazén taveniny, což má za následek, že je proces svařování obtížné stabilizovat.

6) ohnisková vzdálenost čočky. Svařování se obvykle používá k zaměření způsobu, jakým laserová konvergence, obecná volba ohniskové délky čočky 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10 '). Zaměřená velikost botu je úměrná ohniskové vzdálenosti, tím kratší je ohnisková vzdálenost, tím menší je místo. Ohnisková vzdálenost však také ovlivňuje ohniskovou hloubku, tj. Ohnisková hloubka se zvyšuje současně s ohniskovou vzdáleností, takže krátká ohnisková vzdálenost může zlepšit hustotu výkonu, ale kvůli malé ohniskové hloubce musí být vzdálenost mezi čočkou a obrobkem přesně udržována a hloubka tání není velká. V důsledku vlivu rozstřiku generovaného během svařovacího procesu a laserového režimu je skutečné svařování s použitím nejkratší hloubky zaostření více ohniskové délky 126 mm (5 '). Když je šev velký nebo je třeba zvýšit výstupní švy (je třeba zvýšit výstupní výkop (je třeba zvýšit výstupní sílu (výkonná síla (napájecí se síla) je nutná pro dosažení hlubokého výkonu), je třeba vybírat hladinu, která je nutná k dosažení hlubokého výkonu), je třeba vybírat s vysokým výkonem (napájecí se na míru, je nutná pro dosažení hladiny, které je nutné, aby se vybírala na mítovou velikost.

Když laserový výkon přesahuje 2 kW, zejména pro laserový paprsek CO2 10,6 μm, kvůli použití speciálních optických materiálů k vytvoření optického systému, aby se zabránilo riziku optického poškození zaostřovací čočky, často zvolte metodu zaostření odrazu, obvykle pomocí leštěného měděného zrcadla pro reflektor. Vzhledem k efektivnímu chlazení se často doporučuje pro zaostřování laserového paprsku s vysokým výkonem.

7) Pozice ohniska. Svařování, aby se udržela dostatečná hustota výkonu, je kritická poloha ohniska. Změny v poloze ohniskové body vzhledem k povrchu obrobku přímo ovlivňují šířku a hloubku svaru. Obrázek 3 ukazuje účinek polohy ohniska na hloubku taveniny a šířky švu 1018 oceli. Ve většině laserových svařovacích aplikací je ohnisko obvykle umístěno přibližně 1/4 požadované hloubky taveniny pod povrchem obrobku.

8) Poloha laserového paprsku. Když laserové svařování různých materiálů řídí poloha laserového paprsku konečnou kvalitu svaru, zejména v případě kloubů zadek, které jsou na to citlivější než klouby. Například, když jsou kašená ocelová ozubená kola přivařena na měkké ocelové bubny, správná kontrola polohy laserového paprsku usnadní výrobu svaru s převážně nízkou uhlíkovou složkou, která má lepší odolnost proti trhlinám. V některých aplikacích vyžaduje geometrie obrobku, který má být svařován, laserový paprsek odkloněn úhlem. Když je úhel vychýlení mezi osou paprsku a kloubní rovinou do 100 stupňů, nebude ovlivněna absorpce laserové energie obrobkem.

9) Svařovací a koncový bod laserového výkonu postupného nárůstu, postupné kontroly poklesu. Laserová hluboká fúzní svařování, bez ohledu na hloubku svaru, vždy existuje jev malých děr. Když je proces svařování ukončen a vypne spínač napájení, na konci svaru se objeví kráter. Kromě toho, když laserová svařovací vrstva pokrývá původní svar, dojde k nadměrné absorpci laserového paprsku, což povede k přehřátí nebo porozitě svaru.

Aby se zabránilo výše uvedeným jevům, lze programovat body pro začátek a zastavení napájení tak, aby se doba zahájení a zastavení napájení stala nastavitelnou, tj. Počáteční výkon je elektronicky zvýšen z nuly na hodnotu nastavené napájení v krátkém časovém období a doba svařování je upravena a nakonec je napájení postupně snižováno a nulovou hodnotu je ukončena.