Laser Welding pangunahing mga parameter ng proseso

1) Laser Power. Mayroong isang laser energy density threshold sa laser welding, sa ibaba kung saan ang lalim ng matunaw ay mababaw, at sa sandaling naabot o lumampas ang halagang ito, ang lalim ng matunaw ay tumataas nang malaki. Kapag ang density ng lakas ng laser sa workpiece ay lumampas sa threshold (nakasalalay sa materyal), nabuo ang plasma, na nagmamarka ng pag -stabilize ng malalim na fusion welding. Kung ang lakas ng laser ay nasa ilalim ng threshold na ito, ang workpiece ay sumasailalim lamang sa pagtunaw sa ibabaw, ibig sabihin, ang welding ay nalikom sa isang matatag na uri ng paglipat ng init. Kapag ang density ng lakas ng laser ay malapit sa kritikal na kondisyon ng maliit na butas ng butas, ang malalim na fusion welding at conduction welding kahalili at maging hindi matatag na mga proseso ng hinang, na nagreresulta sa malaking pagbabagu -bago sa lalim ng matunaw. Sa laser malalim na fusion welding, ang laser power ay kumokontrol sa parehong lalim ng pagtagos at ang bilis ng hinang, tulad ng ipinapakita sa Figure 1. Ang lalim ng pagtunaw ay direktang nauugnay sa density ng lakas ng beam at isang function ng insidente ng beam na kapangyarihan at beam focal spot. Sa pangkalahatan, para sa isang tiyak na diameter ng laser beam, ang lalim ng matunaw ay tumataas habang tumataas ang lakas ng beam.

2) Beam focal spot. Ang laki ng lugar ng beam ay isa sa pinakamahalagang variable sa laser welding, dahil tinutukoy nito ang density ng kuryente. Gayunpaman, ang pagsukat nito ay isang hamon para sa mga mataas na lakas ng laser, bagaman maraming mga hindi direktang pamamaraan ng pagsukat ay magagamit na.

Ang laki ng focal diffraction limitasyon ng laki ng lugar ay maaaring kalkulahin mula sa light diffraction theory, ngunit ang aktwal na lugar ay mas malaki kaysa sa kinakalkula na halaga dahil sa pagkakaroon ng pagtuon ng pag -aberration ng lens. Ang pinakasimpleng paraan ng tunay na pagsukat ay ang pamamaraan ng profile ng isothermal, na upang masukat ang focal spot at perforation diameter pagkatapos ng pagsunog at pagtagos ng isang polypropylene plate na may makapal na papel. Ang pamamaraang ito ay dapat masukat sa pamamagitan ng pagsasanay, mastering ang laki ng lakas ng laser at oras ng pagkilos ng beam.

3) Halaga ng materyal na pagsipsip. Ang pagsipsip ng laser sa pamamagitan ng materyal ay nakasalalay sa ilang mahahalagang katangian ng materyal, tulad ng rate ng pagsipsip, pagmuni -muni, thermal conductivity, temperatura ng pagtunaw, temperatura ng pagsingaw, atbp Ang pinakamahalagang isa ay ang rate ng pagsipsip.

Ang mga kadahilanan na nakakaapekto sa rate ng pagsipsip ng materyal sa beam ng laser ay may kasamang dalawang aspeto: una, ang resistivity ng materyal. Matapos masukat ang rate ng pagsipsip ng makintab na ibabaw ng materyal, natagpuan na ang rate ng pagsipsip ng materyal ay proporsyonal sa parisukat na ugat ng koepisyent ng resistivity, na kung saan ay nag -iiba sa temperatura; Pangalawa, ang estado ng ibabaw (o tapusin) ng materyal ay may mas mahalagang epekto sa rate ng pagsipsip ng beam, sa gayon ang pagkakaroon ng isang makabuluhang epekto sa epekto ng hinang.

Ang haba ng haba ng laser ng CO2 ay karaniwang 10.6μm, keramika, baso, goma, plastik at iba pang mga di-metal sa rate ng pagsipsip nito sa temperatura ng silid ay napakataas, habang ang mga materyales na metal sa temperatura ng silid sa pagsipsip nito ay napakahirap, hanggang sa ang materyal na minsan ay natunaw o kahit na singaw, ang pagsipsip nito ay tumaas nang husto. Ang paggamit ng ibabaw ng patong o henerasyon ng ibabaw ng pamamaraan ng film ng oxide upang mapabuti ang pagsipsip ng materyal sa beam ay napaka -epektibo.

4) bilis ng welding. Ang bilis ng welding ay may malaking epekto sa lalim ng matunaw, dagdagan ang bilis ay gagawing lalim ng matunaw na mababaw, ngunit ang bilis ay masyadong mababa at hahantong sa labis na pagtunaw ng materyal, ang workpiece na weld sa pamamagitan ng. Samakatuwid, ang isang tiyak na kapangyarihan ng laser at isang tiyak na kapal ng isang partikular na materyal ay may angkop na hanay ng bilis ng hinang, at kung saan ang kaukulang halaga ng bilis ay maaaring makuha kapag ang maximum na lalim ng matunaw. Ang Figure 2 ay nagbibigay ng ugnayan sa pagitan ng bilis ng hinang at matunaw na lalim ng 1018 na bakal.

5) Proteksyon ng gas. Ang proseso ng welding ng laser ay madalas na gumagamit ng inert gas upang maprotektahan ang matunaw na pool, kapag ang ilang mga materyales na welded anuman ang oksihenasyon sa ibabaw, kung gayon ay hindi rin isinasaalang -alang ang proteksyon, ngunit para sa karamihan ng mga aplikasyon ay madalas na ginagamit na helium, argon, nitrogen at iba pang mga gas para sa proteksyon, upang ang workpiece mula sa oksihenasyon sa panahon ng proseso ng hinang.

Ang Helium ay hindi madaling ionized (ang enerhiya ng ionization ay mataas), na nagpapahintulot sa laser na dumaan at ang enerhiya ng beam upang maabot ang ibabaw ng workpiece na hindi napigilan. Ito ang pinaka -epektibong gasolina na ginagamit sa laser welding, ngunit mas mahal.

Ang Argon ay mas mura at mas siksik, kaya pinoprotektahan nito nang mas mahusay. Gayunpaman, madaling kapitan ng mataas na temperatura metal plasma ionization, na nagreresulta sa pagprotekta ng bahagi ng beam sa workpiece, binabawasan ang epektibong lakas ng laser para sa hinang at pinipinsala din ang bilis ng hinang at lalim ng matunaw. Ang ibabaw ng welded na bahagi ay makinis na may proteksyon ng argon kaysa sa proteksyon ng helium.

Ang Nitrogen ay ang pinakamurang gasolina, ngunit hindi ito angkop para sa ilang mga uri ng hindi kinakalawang na asero na hinang, higit sa lahat dahil sa mga problemang metalurhiko, tulad ng pagsipsip, na kung minsan ay gumagawa ng porosity sa lap zone.

Ang pangalawang papel ng paggamit ng isang kalasag na gas ay upang maprotektahan ang nakatuon na lens mula sa kontaminasyon ng singaw ng metal at pagdurusa ng mga likidong tinunaw na mga droplet. Ito ay kinakailangan lalo na sa mataas na kapangyarihan laser welding, kung saan ang ejecta ay naging napakalakas.

Ang isang pangatlong pag-andar ng kalasag na gas ay epektibo ito sa pagpapakalat ng plasma na kalasag na ginawa ng welding ng high-power laser. Ang singaw ng metal ay sumisipsip ng laser beam at ionizes sa isang plasma cloud, at ang kalasag na gas sa paligid ng singaw ng metal ay na -ionize din ng init. Kung ang sobrang plasma ay naroroon, ang laser beam ay natupok ng plasma sa ilang sukat. Ang pagkakaroon ng plasma bilang pangalawang enerhiya sa ibabaw ng nagtatrabaho ay ginagawang lalim ng matunaw na mababaw at mas malawak ang ibabaw ng weld pool. Ang rate ng kumplikadong elektron ay nadagdagan sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng elektron-ion at neutral-atom na banggaan ng tatlong katawan upang mabawasan ang density ng elektron sa plasma. Ang mas magaan ang neutral na atom, mas mataas ang dalas ng pagbangga, mas mataas ang rate ng tambalan; Sa kabilang banda, tanging ang mataas na enerhiya ng ionization ng kalasag na gas, upang hindi madagdagan ang density ng elektron dahil sa ionization ng gas mismo.

Tulad ng makikita mula sa talahanayan, ang laki ng ulap ng plasma ay nag -iiba sa proteksiyon na gas na ginamit, na ang helium ay ang pinakamaliit, na sinusundan ng nitrogen, at ang pinakamalaking kapag ginagamit ang argon. Ang mas malaki ang laki ng plasma, ang mababaw na lalim ng pagtunaw. Ang dahilan para sa pagkakaiba na ito ay una dahil sa iba't ibang antas ng ionization ng mga molekula ng gas at dahil din sa pagkakaiba sa pagsasabog ng singaw ng metal na sanhi ng iba't ibang mga density ng mga proteksiyon na gas.

Ang Helium ay ang hindi bababa sa ionized at hindi bababa sa siksik, at mabilis itong tinatanggal ang tumataas na singaw ng metal mula sa tinunaw na metal pool. Samakatuwid, ang paggamit ng helium bilang isang kalasag na gas ay maaaring ma -maximize ang pagsugpo sa plasma, sa gayon ay nadaragdagan ang lalim ng pagtunaw at pagpapabuti ng bilis ng hinang; Hindi madaling maging sanhi ng porosity dahil sa magaan na timbang at kakayahang makatakas. Siyempre, mula sa aming aktwal na mga resulta ng hinang, ang epekto ng proteksyon sa argon gas ay hindi masama.

Ang plasma cloud sa lalim ng matunaw sa mababang welding speed zone ay ang pinaka -halata. Kapag tumataas ang bilis ng hinang, ang impluwensya nito ay mahina.

Ang kalasag na gas ay na -ejected sa pamamagitan ng pagbubukas ng nozzle sa isang tiyak na presyon upang maabot ang ibabaw ng workpiece. Ang hydrodynamic na hugis ng nozzle at ang laki ng diameter ng outlet ay napakahalaga. Dapat itong sapat na malaki upang himukin ang spray na kalasag na gas upang masakop ang ibabaw ng hinang, ngunit upang epektibong maprotektahan ang lens at maiwasan ang kontaminasyon ng singaw ng metal o pinsala sa metal spatter sa lens, ang laki ng nozzle ay dapat ding limitado. Ang rate ng daloy ay dapat ding kontrolado, kung hindi man ang daloy ng laminar ng kalasag na gas ay nagiging magulong at ang kapaligiran ay nasangkot sa tinunaw na pool, na kalaunan ay bumubuo ng porosity.

Upang mapagbuti ang epekto ng proteksyon, magagamit din ang karagdagang paraan ng pamumulaklak ng pag -ilid, iyon ay, sa pamamagitan ng isang mas maliit na diameter nozzle ay ang proteksiyon na gas sa isang tiyak na anggulo nang direkta sa malalim na tinunaw na butas ng weld. Ang kalasag na gas ay hindi lamang pinipigilan ang ulap ng plasma sa ibabaw ng workpiece, ngunit din ay nagbibigay ng impluwensya sa plasma sa butas at ang pagbuo ng maliit na butas, higit na pagtaas ng lalim ng pagsasanib at pagkuha ng isang mas malalim at mas malawak na weld seam kaysa sa kanais -nais. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng tumpak na kontrol ng laki ng daloy ng gas at direksyon, kung hindi man madaling makagawa ng kaguluhan at masira ang matunaw na pool, na nagreresulta sa proseso ng hinang ay mahirap patatagin.

6) haba ng focal ng lens. Ang welding ay karaniwang ginagamit upang ituon ang paraan ng pag -uugnay ng laser, ang pangkalahatang pagpili ng 63 ~ 254mm (2.5 '~ 10 ') focal haba ng lens. Ang laki ng lugar na nakatuon ay proporsyonal sa haba ng focal, mas maikli ang focal haba, mas maliit ang lugar. Ngunit ang haba ng focal ay nakakaapekto sa lalim ng focal, iyon ay, ang focal lalim ay nagdaragdag nang sabay -sabay sa haba ng focal, kaya ang maikling haba ng focal ay maaaring mapabuti ang density ng kuryente, ngunit dahil sa maliit na focal lalim, ang distansya sa pagitan ng lens at ang workpiece ay dapat na tumpak na mapanatili, at ang lalim ng natutunaw ay hindi malaki. Dahil sa impluwensya ng spatter na nabuo sa panahon ng proseso ng hinang at ang mode ng laser, ang aktwal na hinang gamit ang pinakamaikling lalim ng pokus na mas focal haba 126mm (5 '). Kapag ang seam ay malaki o ang weld seam ay kailangang madagdagan sa pamamagitan ng pagtaas ng laki ng lugar, ang isang lens na may isang focal haba ng 254mm (10 ') ay maaaring mapili, kung saan ang isang mas mataas na laser output power (Power Density) Maliit na butas na epekto.

Kapag ang lakas ng laser ay lumampas sa 2kW, lalo na para sa 10.6μm CO2 laser beam, dahil sa paggamit ng mga espesyal na optical na materyales upang mabuo ang optical system, upang maiwasan ang panganib ng optical na pinsala sa focus lens, madalas na piliin ang pamamaraan na nakatuon sa pagmuni -muni, sa pangkalahatan ay gumagamit ng makintab na salamin ng tanso para sa reflector. Dahil sa epektibong paglamig, madalas na inirerekomenda para sa mataas na lakas ng laser beam na nakatuon.

7) Posisyon ng Focal Point. Welding, upang mapanatili ang sapat na density ng kuryente, kritikal ang posisyon ng focal point. Ang mga pagbabago sa posisyon ng focal point na nauugnay sa ibabaw ng workpiece ay direktang nakakaapekto sa lapad at lalim ng weld. Ipinapakita ng Figure 3 ang epekto ng posisyon ng focal point sa lalim ng matunaw at lapad ng seam na 1018 na bakal. Sa karamihan ng mga aplikasyon ng welding ng laser, ang focal point ay karaniwang nakaposisyon ng humigit -kumulang na 1/4 ng nais na lalim ng matunaw sa ilalim ng ibabaw ng workpiece.

8) Posisyon ng beam ng laser. Kapag ang laser welding iba't ibang mga materyales, ang posisyon ng laser beam ay kumokontrol sa pangwakas na kalidad ng weld, lalo na sa kaso ng mga kasukasuan ng puwit na mas sensitibo sa ito kaysa sa mga kasukasuan ng lap. Halimbawa, kapag ang mga matigas na bakal na gears ay welded sa banayad na mga drums ng bakal, ang wastong kontrol ng posisyon ng laser beam ay mapadali ang paggawa ng isang weld na may nakararami na mababang sangkap na carbon, na may mas mahusay na paglaban sa crack. Sa ilang mga aplikasyon, ang geometry ng workpiece na mai -welded ay nangangailangan ng laser beam na ma -deflect ng isang anggulo. Kapag ang anggulo ng pagpapalihis sa pagitan ng beam axis at ang magkasanib na eroplano ay nasa loob ng 100 degree, ang pagsipsip ng enerhiya ng laser sa pamamagitan ng workpiece ay hindi maaapektuhan.

9) Welding Start at End Point ng Laser Power unti -unting pagtaas, unti -unting kontrol ng pagtanggi. Laser Deep Fusion Welding, anuman ang lalim ng weld, ang kababalaghan ng maliliit na butas ay palaging umiiral. Kapag natapos ang proseso ng hinang at ang power switch ay naka -off, isang crater ay lilitaw sa dulo ng weld. Bilang karagdagan, kapag ang layer ng laser welding ay sumasakop sa orihinal na weld, magkakaroon ng labis na pagsipsip ng laser beam, na nagreresulta sa sobrang pag -init o porosity ng weld.

Upang maiwasan ang mga pang -itaas na mga kababalaghan, ang mga puntos ng pagsisimula ng kuryente at paghinto ay maaaring ma -program upang ang mga oras ng pagsisimula at paghinto ng mga oras ay maging nababagay, ibig sabihin, ang panimulang kapangyarihan ay elektroniko na nadagdagan mula sa zero hanggang sa itinakdang halaga ng kapangyarihan sa isang maikling panahon at ang oras ng hinang ay nababagay, at sa wakas ang kapangyarihan ay unti -unting nabawasan mula sa itinakdang kapangyarihan sa halaga ng zero kapag natapos ang welding.