Hauptprozessparameter Laserschweißen

1) Laserkraft. Es gibt eine Laserergie -Dichteschwelle im Laserschweißen, unter der die Schmelztiefe flach ist, und sobald dieser Wert erreicht oder überschritten ist, nimmt die Schmelztiefe erheblich zu. Erst wenn die Laserkraftdichte auf dem Werkstück den Schwellenwert (materiell abhängig) überschreitet, wird Plasma erzeugt, was die Stabilisierung von Tieffusionsschweißen markiert. Wenn die Laserleistung unter diesem Schwellenwert liegt, wird das Werkstück nur mit Oberflächen geschmolzen, dh der Schweißerlös in einem stabilen Wärmeübertragungsart. Wenn die Laserkraftdichte in der Nähe des kritischen Zustands der Bildung kleiner Loch liegt, wechseln sich tiefes Fusionsschweißen und Leitungsschweißen ab und werden zu instabilen Schweißverfahren, was zu großen Schwankungen der Schmelztiefe führt. Beim Laser -Tiefenschweißen steuert die Laserleistung sowohl die Tiefe der Penetration als auch die Schweißgeschwindigkeit, wie in Abbildung 1 dargestellt. Im Allgemeinen nimmt für einen bestimmten Durchmesser des Laserstrahls die Schmelze mit zunehmender Strahlleistung zu.

2) Strahlfokusspot. Die Strahlfleckgröße ist eine der wichtigsten Variablen beim Laserschweißen, da sie die Leistungsdichte bestimmt. Seine Messung ist jedoch eine Herausforderung für Hochleistungslaser, obwohl bereits viele indirekte Messtechniken verfügbar sind.

Der Strahlfokus -Beugungsgrenze -Grenze kann aus der Lichtbeugungstheorie berechnet werden, der tatsächliche Fleck ist jedoch größer als der berechnete Wert aufgrund des Vorhandenseins der Aberration der Fokussierlinien. Die einfachste reale Messmethode ist die isotherme Profilmethode, bei der der fokale Fleck und den Perforationsdurchmesser nach dem Verbrennen und Eindringen einer Polypropylenplatte mit dickem Papier gemessen wird. Diese Methode sollte anhand der Praxis gemessen werden, wodurch die Größe der Laserleistung und die Zeit der Strahlaktion beherrscht werden.

3) Materialabsorptionswert. Die Absorption von Laser durch das Material hängt von einigen wichtigen Eigenschaften des Materials ab, wie Absorptionsrate, Reflexionsvermögen, thermische Leitfähigkeit, Schmelztemperatur, Verdampfungstemperatur usw. Das wichtigste ist die Absorptionsrate.

Faktoren, die die Absorptionsrate des Materials zum Laserstrahl beeinflussen, umfassen zwei Aspekte: Erstens den Widerstand des Materials. Nach der Messung der Absorptionsrate der polierten Oberfläche des Materials wird festgestellt, dass die Materialabsorptionsrate proportional zur Quadratwurzel des Widerstandskoeffizienten ist, was wiederum mit der Temperatur abhängt. Zweitens hat der Oberflächenzustand (oder Finish) des Materials einen wichtigeren Einfluss auf die Absorptionsrate des Strahls und somit einen signifikanten Einfluss auf den Schweißeffekt.

Die CO2-Laserausgangswellenlänge beträgt normalerweise 10,6 μm, Keramik, Glas, Gummi, Kunststoff und andere Nichtmetalle bei seiner Absorptionsrate bei Raumtemperatur, während Metallmaterialien bei Raumtemperatur bei seiner Absorption sehr schlecht sind, bis das Material nach dem geschmolzenen oder sogar verdampften Materials stark anstieg, und seine Absorption stieg stark an. Die Verwendung von Oberflächenbeschichtung oder Oberflächenerzeugung von Oxidfilmmethoden zur Verbesserung der Absorption des Materials zum Strahl ist sehr effektiv.

4) Schweißgeschwindigkeit. Die Schweißgeschwindigkeit hat einen großen Einfluss auf die Schmelztiefe, die Geschwindigkeit erhöht die Tiefe der Schmelze flach, aber die Geschwindigkeit ist zu niedrig und führt zu übermäßigem Schmelzen des Materials, der Werkstück schweißt sich durch. Daher hat eine bestimmte Laserleistung und eine bestimmte Dicke eines bestimmten Materials einen geeigneten Bereich der Schweißgeschwindigkeit und bei der der entsprechende Geschwindigkeitswert erhalten werden kann, wenn die maximale Schmelztiefe. Abbildung 2 ergibt die Beziehung zwischen Schweißgeschwindigkeit und Schmelztiefe von 1018 Stahl.

5) Schutzgas. Das Laserschweißprozess verwendet häufig inertes Gas, um den Schmelzpool zu schützen, wenn einige Materialien unabhängig von der Oberflächenoxidation geschweißt werden, und berücksichtigen dann auch keinen Schutz, aber für die meisten Anwendungen werden häufig Helium, Argon, Stickstoff und andere Gase zum Schutz verwendet, so dass das Werkstück aus der Oxidation während des Schweißprozesses.

Helium ist nicht leicht ionisiert (Ionisationsenergie ist hoch), sodass der Laser durchlaufen wird und die Strahlergie die Oberfläche des Werkstücks ungehindert erreichen kann. Es ist das effektivste Abschirm -Gas, das beim Laserschweißen verwendet wird, aber teurer.

Argon ist billiger und dichter, so dass es besser schützt. Es ist jedoch anfällig für Hochtemperatur -Metallplasmaionisation, was dazu führt, dass ein Teil des Strahls vor dem Werkstück abgeschirmt wird, wodurch die wirksame Laserleistung für das Schweißen verringert und auch die Schweißgeschwindigkeit und die Schmelgentiefe beeinträchtigt wird. Die Oberfläche des geschweißten Teils ist mit Argonschutz glatter als mit Heliumschutz.

Stickstoff ist das billigste Abschirmgas, aber es ist nicht für einige Arten von Edelstahlschweißen geeignet, hauptsächlich aufgrund metallurgischer Probleme wie Absorption, die manchmal Porosität in der Lap -Zone erzeugen.

Die zweite Rolle bei der Verwendung eines Abschirm -Gases besteht darin, die Fokussierobjektiv vor Metalldampfkontamination und Sputter von flüssigen geschmolzenen Tröpfchen zu schützen. Dies ist insbesondere beim Hochleistungslaserschweißen notwendig, bei dem die Ejekta sehr mächtig wird.

Eine dritte Funktion des Abschirm-Gases ist, dass es wirksam bei der Verteilung der Plasmaabschirmung durch Hochleistungslaserschweißen wirksam ist. Der Metalldampf absorbiert den Laserstrahl und ionisiert in eine Plasmawolke, und das Abschirmgas um den Metalldampf wird auch durch die Wärme ionisiert. Wenn zu viel Plasma vorhanden ist, wird der Laserstrahl in gewissem Maße vom Plasma verbraucht. Das Vorhandensein von Plasma als zweite Energie auf der Arbeitsfläche macht die Schmelztiefe und die Schweißpool -Oberfläche breiter. Die Elektronenkomplexierungsrate wird erhöht, indem die Anzahl der Dreikörperkollisionen von Elektronen- und Neutral-Atom erhöht wird, um die Elektronendichte im Plasma zu verringern. Je leichter das neutrale Atom, desto höher die Kollisionsfrequenz, desto höher ist die Verbundrate; Andererseits nur die hohe Ionisationsenergie des Abschirmungsgases, um die Elektronendichte aufgrund der Ionisierung des Gases selbst nicht zu erhöhen.

Wie aus der Tabelle aus ersichtlich ist, variiert die Plasma -Wolkgröße mit dem verwendeten Schutzgas, wobei Helium das kleinste, gefolgt von Stickstoff und dem größten, wenn Argon verwendet wird. Je größer die Plasmagröße ist, desto flacher die Schmelztiefe. Der Grund für diesen Unterschied ist zunächst auf den unterschiedlichen Ionisationsgrad der Gasmoleküle und auch auf den Unterschied in der Diffusion des Metalldampfs zurückzuführen, die durch die verschiedenen Dichten der Schutzgase verursacht werden.

Helium ist das am wenigsten ionisierte und am wenigsten dichte und zerstreut schnell den steigenden Metalldampf aus dem geschmolzenen Metallpool. Daher kann die Verwendung von Helium als Abschirmgas die Unterdrückung des Plasmas maximieren, wodurch die Schmelztiefe erhöht und die Schweißgeschwindigkeit verbessert wird. Es ist nicht einfach, Porosität zu verursachen, weil sein leichtes Gewicht und die Fähigkeit zu entkommen ist. Natürlich ist die Wirkung des Schutzes mit Argongas nicht schlecht.

Die Plasmawolke in der Schmelztiefe in der niedrigen Schweißgeschwindigkeitszone ist am offensichtlichsten. Wenn die Schweißgeschwindigkeit zunimmt, wird ihr Einfluss geschwächt.

Das Abschirmgas wird durch die Düsenöffnung bei einem bestimmten Druck ausgeworfen, um die Werkstückoberfläche zu erreichen. Die hydrodynamische Form der Düse und die Größe des Durchmessers des Auslasss sind sehr wichtig. Es muss groß genug sein, um das besprühte Abschirmgas zu fahren, um die Schweißoberfläche abzudecken. Um die Linse effektiv zu schützen und Metalldampfkontamination oder Metallspitzer der Linse zu verhindern, sollte auch die Düsengröße begrenzt sein. Die Durchflussrate sollte ebenfalls kontrolliert werden, ansonsten wird der laminare Fluss von Abschirmgas turbulent und die Atmosphäre wird in den geschmolzenen Pool verwickelt, wodurch schließlich Porosität bildet.

Um den Schutzeffekt zu verbessern, wird auch eine zusätzliche laterale Blasweite erhältlich, dh durch eine Düse mit kleinerem Durchmesser das Schutzgas zu einem bestimmten Winkel direkt in das tiefe geschmolzene Schweißloch. Das Abschirmgas unterdrückt nicht nur die Plasmakolkte auf der Oberfläche des Werkstücks, sondern wirkt auch einen Einfluss auf das Plasma im Loch und die Bildung des kleinen Lochs, wodurch die Fusionstiefe weiter erhöht wird und eine tiefere und breitere Schweißnähte erreicht wird, als es wünschenswert ist. Diese Methode erfordert jedoch eine präzise Kontrolle der Gasflussgröße und -richtung, ansonsten ist es einfach, Turbulenz zu erzeugen und den Schmelzpool zu beschädigen, was zu einem Schweißprozess schwierig ist, zu stabilisieren.

6) Fokuslänge der Linse. Das Schweißen wird normalerweise verwendet, um die Art und Weise zu konzentrieren, wie die Laserkonvergenz, die allgemeine Wahl von 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10 ') Brennweite der Linse. Die fokussierte Punktgröße ist proportional zur Brennweite, je kürzer die Brennweite, desto kleiner ist der Punkt. Die Brennweite beeinflusst aber auch die Brennweite, dh die Brennweite steigt gleichzeitig mit der Brennweite an, sodass die kurze Brennweite die Leistungsdichte verbessern kann, aber aufgrund der geringen Brennweite der Brennweite muss der Abstand zwischen der Linse und dem Werkstück genau aufrechterhalten werden, und die Schmelztiefe ist nicht groß. Aufgrund des Einflusses des während des Schweißprozesses und des Lasermodus erzeugten Spitzer, das tatsächliche Schweißen unter Verwendung der kürzesten Fokusentiefe 126 mm (5 '). Wenn die Naht groß ist oder die Schweißnaht erhöht werden muss, um zu erhöhen. Durch Erhöhen der Punktgröße, die die Punktgröße erhöht, muss eine Linse mit einer Focal -Länge von 254 mm (10 '). Durch eine Häufigkeit, die ein Heckwell -Wolf -Wolf -Wolf -Wolf -Wolf, wird ein höheres LaSer -Wolf erforderlich. Durch eine Ausgabe. Eine. Durch eine Ausgabe. Eine. Es kann ein Himmelwolf veranlasst. Wenn ein Fall ist, kann ein Hülle. Durch ein Fall, was zu einem Fall ist, kann eine Las -Leistung, die eine Lase, die eine Lase, die eine Dokr. Durch eine Ausgabe, nach dem eingehender wird, und ein. Locheffekt.

Wenn die Laserleistung 2 kW überschreitet, insbesondere für den 10,6 & mgr; m CO2 -Laserstrahl, aufgrund der Verwendung spezieller optischer Materialien zur Bildung des optischen Systems, um das Risiko einer optischen Schädigung der Fokussierungslinse häufig zu vermeiden, wählen Sie häufig die Reflexionsfokus -Methode, im Allgemeinen mit poliertem Kupferspiegel für den Reflektor. Aufgrund der effektiven Abkühlung wird es häufig für die Fokussierung von Hochleistungslaserstrahlen empfohlen.

7) Schwerpunktposition. Das Schweißen, um eine ausreichende Leistungsdichte aufrechtzuerhalten, ist die Schwerpunktposition von entscheidender Bedeutung. Änderungen in der Position des Brennpunkts relativ zur Werkstückoberfläche beeinflussen direkt die Schweißbreite und Tiefe. Abbildung 3 zeigt den Effekt der Schwerpunktpunktposition auf die Schmelz- und Nah -Breite von 1018 Stahl. In den meisten Laserschweißanwendungen befindet sich der Brennpunkt typischerweise ungefähr 1/4 der gewünschten Schmelztiefe unterhalb der Werkstückoberfläche.

8) Laserstrahlposition. Beim Laserschweißen werden verschiedene Materialien geschweißt, die Laserstrahlposition steuert die endgültige Qualität der Schweißnaht, insbesondere bei Stoßfugen, die empfindlicher auf diese Weise als Lapenverbindungen reagieren. Wenn beispielsweise gehärtete Stahlgänge mit Weichstahltrommeln verschweißt werden, erleichtert die ordnungsgemäße Kontrolle der Laserstrahlposition die Produktion einer Schweißnaht mit einer überwiegend niedrigen Kohlenstoffkomponente, die eine bessere Rissbeständigkeit aufweist. In einigen Anwendungen erfordert die Geometrie des zu verschweißten Werkstücks, dass der Laserstrahl durch einen Winkel abgelenkt wird. Wenn der Ablenkwinkel zwischen der Strahlachse und der Gelenkebene innerhalb von 100 Grad liegt, wird die Absorption der Laserenergie durch das Werkstück nicht betroffen.

9) Schweißstart- und Endpunkt der Laserleistung schrittweise Anstieg, allmähliche Rückgangskontrolle. Laser -Tiefenschweißen, unabhängig von der Tiefe der Schweißnaht, gibt es immer das Phänomen kleiner Löcher. Wenn das Schweißverfahren beendet und der Stromschalter ausgeschaltet ist, erscheint ein Krater am Ende der Schweißnaht. Wenn die Laserschweißschicht die ursprüngliche Schweißnaht bedeckt, wird der Laserstrahl zu einer übermäßigen Absorption der Schweißnaht führen.

Um die oben genannten Phänomene zu verhindern, können die Leistungsstart- und Stopppunkte so programmiert werden, dass die Leistungsstart und die Stoppzeiten einstellbar werden, dh die Startleistung wird elektronisch von Null zum festgelegten Leistungswert in kurzer Zeit erhöht, und die Schweißzeit wird angepasst, und schließlich wird der Strom allmählich von der festgelegten Leistung auf den Nullwert reduziert, wenn das Schweißen beendet wird.