Laserkeevituse peamised protsessi parameetrid

1) laservõimsus. Laserkeevitamisel on laserienergia tiheduse lävi, millest allpool on sula sügavus ja kui see väärtus on saavutatud või ületatud, suureneb sula sügavus oluliselt. Ainult siis, kui tooriku laseri võimsuse tihedus ületab läve (materjalist sõltuv), genereeritakse plasma, mis tähistab sügava sulandude keevitamise stabiliseerimist. Kui laseri võimsus on sellest lävest madalam, siis ainult pinna sulamine läbib tooriku, st keevitus toimub stabiilses soojusülekande tüübis. Kui laseri võimsuse tihedus on väikese aukude moodustumise kriitilise seisundi lähedal, vahelduvad sügavad sulandumis- ja juhtivuste keevitused ning muutuvad ebastabiilsete keevitusprotsessidena, mille tulemuseks on sula sügavuse suured kõikumised. Laseri sügava sulandude keevitamise korral kontrollib laservõimsus nii läbitungimise sügavust kui ka keevituskiirust, nagu on näidatud joonisel 1. Sula keevitussügavus on otseselt seotud tala võimsuse tihedusega ja on funktsioon langeva tala võimsusest ja tala fookuskaugust. Üldiselt suureneb laserkiire teatud läbimõõdu korral sulamise sügavus, kui tala võimsus suureneb.

2) Tala fookuspunkt. Valguse laiku suurus on laserkeevitamise üks olulisemaid muutujaid, kuna see määrab võimsuse tiheduse. Selle mõõtmine on aga suur võimsusega laserite jaoks väljakutse, ehkki paljud kaudsed mõõtmistehnikad on juba saadaval.

Valguse fookuskauguse piirmäära suurust saab arvutada valguse difraktsiooniteooria põhjal, kuid tegelik laik on suurem kui arvutatud väärtus, mis on tingitud fookuses läätse aberratsiooni olemasolust. Lihtsaim reaalne mõõtmismeetod on isotermiline profiilimeetod, milleks on fookuspunkti ja perforatsiooni läbimõõtu mõõtmine pärast paksu paberiga polüpropüleenist plaadi põletamist ja tungimist. Seda meetodit tuleks mõõta praktika abil, valdades laservõimsuse suuruse ja talaga.

3) materjali neeldumisväärtus. Laseri imendumine materjali poolt sõltub materjali mõnedest olulistest omadustest, nagu neeldumiskiirus, peegeldusvõime, soojusjuhtivus, sulamistemperatuur, aurustumistemperatuur jne. Kõige olulisem on neeldumiskiirus.

Materjali neeldumiskiirust laserkiirele mõjutavad tegurid hõlmavad kahte aspekti: esiteks materjali takistus. Pärast materjali poleeritud pinna neeldumiskiiruse mõõtmist leitakse, et materjali neeldumiskiirus on võrdeline takistuskoefitsiendi ruutjuurega, mis omakorda varieerub temperatuurist; Teiseks on materjali pinna olekul (või viimistlus) olulisem mõju tala neeldumiskiirusele, avades seega olulist mõju keevitusele.

CO2 laser väljund lainepikkus on tavaliselt 10,6 μm, keraamika, klaasi, kummi, plasti ja muude mittemetallide imendumiskiirusel toatemperatuuril on väga kõrge, samas kui toatemperatuuril olevad metallimaterjalid on väga kehvad, kuni materjal on kunagi sulanud või isegi aurustunud, selle imendumine suurenes järsult. Pinnakatte või oksiidkile meetodi pinna genereerimise kasutamine materjali imendumise parandamiseks talale on väga efektiivne.

4) Keevitamiskiirus. Keevitamiskiirus mõjutab sula sügavust, suurendab kiirust sulamise sügavuse madalaks, kuid kiirus on liiga madal ja põhjustab materjali liigset sulamist, koostoodet läbi. Seetõttu on teatud laservõimsusel ja konkreetse materjali teatud paksusel sobiv keevituskiirus ja mille maksimaalse sula sügavuse korral on võimalik vastava kiiruse väärtus. Joonis 2 annab seose keevituskiiruse ja 1018 terase sulamise sügavuse vahel.

5) Kaitsegaas. Laseri keevitusprotsess kasutab sulamisbasseini kaitsmiseks sageli inertgaasi, kui mõned materjalid on keevitatud, sõltumata pinna oksüdatsioonist, ei arvesta ka kaitset, vaid enamiku rakenduste jaoks kasutatakse sageli heeliumi, argooni, lämmastikku ja muid kaitseks gaase, nii et koostatud oksüdeerumist keevitusprotsessi ajal.

Heelium ei ole hõlpsasti ioniseeritud (ionisatsioonienergia on kõrge), võimaldades laseril läbi viia ja tala energia jõuda tooriku pinnale takistamata. See on kõige tõhusam varjestusgaas, mida kasutatakse laseri keevitamisel, kuid on kallim.

Argoon on odavam ja tihedam, nii et see kaitseb paremini. Kuid see on vastuvõtlik kõrge temperatuuriga metalli plasma ionisatsioonile, mille tulemuseks on tala varjestus toorikule, vähendades keevitamiseks efektiivset laservõimsust ning kahjustades ka keevituskiirust ja sula sügavust. Keevitatud osa pind on sujuvam argooni kaitsega kui heeliumi kaitsega.

Lämmastik on kõige odavam varjestusgaas, kuid see ei sobi teatud tüüpi roostevabast terasest keevitamiseks, peamiselt metallurgiliste probleemide, näiteks imendumise tõttu, mis mõnikord tekitab Peetsoonis poorsust.

Varjestusgaasi kasutamise teine ​​roll on kaitsta fookusläätse metalliauru saastumise ja vedelate sulatilgade pritsimise eest. See on eriti vajalik suure võimsusega laserkeevitamisel, kus ejecta muutub väga võimsaks.

Varjestusgaasi kolmas funktsioon on see, et see on efektiivne suure võimsusega laserkeevitusega toodetud plasmavarjutuse hajutamisel. Metallist aur neelab laserkiire ja ioniseerub plasmapilveks ning metalliauru ümber olev varjestusgaas ioniseerib ka kuumuse. Kui liiga palju plasmat on, tarbitakse laserkiir mingil määral plasma. Plasma olemasolu teise energiana tööpinnal muudab sula sügavuse madalamaks ja keevisõmbluse basseini pinna laiemaks. Elektronide komplekseerimise kiirus suureneb, suurendades elektronide ioomi ja neutraalse aatomi kolme keha kokkupõrke arvu, et vähendada elektronide tihedust plasmas. Mida kergem neutraalne aatom, seda suurem on kokkupõrkesagedus, seda suurem on ühendkiirus; Teisest küljest on gaasi ionisatsioonist tuleneva elektronide tihedust suurendamiseks ainult varjestusega gaasi kõrge ionisatsioonienergia.

Nagu tabelist võib näha, varieerub plasmapilve suurus sõltuvalt kasutatavast kaitsegaasist, kusjuures heelium on väikseim, millele järgneb lämmastik ja argooni kasutamisel suurim. Mida suurem on plasma suurus, seda madalam on sulamissügavus. Selle erinevuse põhjus on esiteks tingitud gaasimolekulide erinevast ionisatsiooni astmest ja ka kaitse gaaside erinevatest tihedustest põhjustatud metalli auru difusiooni erinevusest.

Heelium on kõige vähem ioniseeritud ja kõige vähem tihe ning see hajutab kiiresti sulava metallist basseinist tõusva metalliauuri. Seetõttu võib heeliumi kasutamine varjestusgaasina maksimeerida plasma mahasurumist, suurendades sellega sulamise sügavust ja parandades keevituskiirust; Poorsust pole kerge põhjustada kergekaalu ja põgenemisvõime tõttu. Muidugi, meie tegelike keevitustulemuste põhjal pole argoonigaasi kaitse mõju halb.

Kõige ilmsem on madala keevituskiiruse tsoonis sulamise sügavusel olev plasmapilv. Kui keevituskiirus suureneb, nõrgeneb selle mõju.

Varjestusgaas väljutatakse läbi düüsi avanemise teatud rõhuga, et jõuda tooriku pinnale. Otsiku hüdrodünaamiline kuju ja väljalaskeava läbimõõdu suurus on väga oluline. See peab olema piisavalt suur, et pritsitud varjestusgaasi juhtida keevituspinna katmiseks, kuid läätse tõhusaks kaitsmiseks ja metalli auru saastumise või läätse kahjustuste vältimiseks peaks ka düüsi suurus olema piiratud. Voolukiirust tuleks ka kontrollida, vastasel juhul muutub varjestusgaasi laminaarvool turbulentseks ja atmosfäär on seotud sula basseini, moodustades lõpuks poorsuse.

Kaitseefekti parandamiseks on saadaval ka täiendav külgsuunaline puhumisviis, see tähendab, et väiksema läbimõõduga otsiku kaudu on kaitseline gaas teatud nurga all otse sügava sula keevisõmbluse auku. Varjestusgaas ei suru mitte ainult tooriku pinna plasmapilve, vaid mõjutab ka auku ja väikese augu moodustumist plasmale, suurendades veelgi sulandumise sügavust ja saades sügavama ja laiema keevisõmbluse, kui on soovitav. Kuid see meetod nõuab gaasi voolu suuruse ja suuna täpset kontrolli, vastasel juhul on turbulentsi tootmine ja sulamisbasseini kahjustamine lihtne, mille tulemuseks on keevitusprotsessi keeruline stabiliseerida.

6) läätse fookuskaugus. Keevitamist kasutatakse tavaliselt laseri lähenemise viisi, üldise valiku 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10 ') fookuskaugus. Fookustatud punkti suurus on võrdeline fookuskaugusega, seda lühem on fookuskaugus, seda väiksem on koht. Kuid fookuspikkus mõjutab ka fookussügavust, see tähendab fookuskaugust samaaegselt fookuskaugusega, nii et lühike fookuskaugus võib jõudude tihedust parandada, kuid väikese fookuskauguse sügavuse tõttu tuleb läätse ja tooriku vahelist kaugust täpselt säilitada ning sulamissügavus pole suur. Keevitusprotsessi ja laserirežiimi ajal genereeritud pritsmete mõju tõttu, kasutades tegelikku keevitamist, kasutades lühimat fookussügavust rohkem fookuskaugust 126 mm (5 '). Kui õmblus on suur või kui keevisõmblust tuleb suurendada, suurendades laiku suurust, on läätsega võrreldes 54 mm (10 ') valitud läätset (10 '. efekt.

Kui laseri võimsus ületab 2kW, eriti 10,6 μM CO2 laserkiire puhul, kuna spetsiaalsete optiliste materjalide kasutamine optilise süsteemi moodustamiseks, et vältida fookusläätsede optilise kahjustuse riski, valige sageli peegeldusmeetod, kasutades peegeldaja jaoks tavaliselt lihvitud vaskpeeglit. Tõhusa jahutamise tõttu on see sageli soovitatav suure võimsusega laserkiire keskendumiseks.

7) fookuspunkti positsioon. Keevitamine, et säilitada piisav võimsustihedus, on fookuse punktiasend kriitiline. Muutused fookuspunkti asukohas võrreldes tooriku pinna suhtes mõjutavad otseselt keevisõmbluse laiust ja sügavust. Joonis 3 näitab fookuspunkti asukoha mõju sula ja õmbluse laiusele 1018 terasest. Enamikus laseri keevitusrakendustes paigutatakse fookuspunkt tavaliselt umbes 1/4 soovitud sula sügavusest tooriku pinna all.

8) Laserkiire asend. Kui laserkeevitab erinevaid materjale, kontrollib laserkiire asukoht keevisõmbluse lõplikku kvaliteeti, eriti tagumiku liigeste puhul, mis on selle suhtes tundlikumad kui sülearvuti. Näiteks kui karastatud terasest käigud keevitatakse kergete terasest trummide külge, hõlbustab laserkiire asendi õige juhtimine keevisõmbluse tootmist valdavalt madala süsinikusisaldusega komponendiga, millel on parem pragude vastupidavus. Mõnes rakenduses nõuab keevitatava tooriku geomeetria laserkiir nurga all. Kui tala telje ja liigesetasapinna vaheline läbipaindenurk on 100 kraadi piires, ei mõjuta see tooriku abil laserienergia imendumist.

9) Laservõimsuse järkjärgulise tõusu keevitus- ja lõpp -punkt, järkjärguline languse kontroll. Laser sügav sulandude keevitamine, sõltumata keevisõmbluse sügavusest, on väikeste aukude nähtus alati olemas. Kui keevitusprotsess on lõpetatud ja toitelüliti välja lülitatud, ilmub keevisõmbluse lõpus kraatr. Lisaks sellele, kui laserkeevituskiht katab algse keevisõmbluse, imab laserkiir, mille tulemuseks on keevisõmbluse ülekuumenemine või poorsus.

Ülaltoodud nähtuste vältimiseks saab võimsuse algus- ja peatuspunkte programmeerida nii, et võimsuse algus ja peatumisajad muutuvad reguleeritavaks, st lähtevõimsust suurendatakse elektrooniliselt nullist seatud võimsuse väärtuseni lühikese aja jooksul ja keevitusaega reguleeritakse ja lõpuks vähendatakse võimsust järk -järgult, kui keevitatakse nullväärtust.