Laserski zavarivanje glavnih parametara procesa

1) Laserska snaga. Postoji laserski prag gustoće energije u laserskom zavarivanju, ispod kojeg je dubina taline plitka, a nakon što se ta vrijednost postigne ili premaši, dubina taline bitno se povećava. Tek kada laserska gustoća snage na radnom komadu premaši prag (ovisan o materijalu), stvara se plazma, što označava stabilizaciju zavarivanja duboke fuzije. Ako je laserska snaga ispod ovog praga, radni komad se samo podvrgava rastoljinom površini, tj. Zavarivanje se nastavlja u stabilnom tipu prijenosa topline. Kad je gustoća snage lasera u blizini kritičnog stanja stvaranja malih rupa, duboko fuzijsko zavarivanje i zavarivanje zavarivanja i postaju nestabilni procesi zavarivanja, što rezultira velikim fluktuacijama u dubini taline. U laserskom zavarivanju duboke fuzije, laserska snaga kontrolira i dubinu prodora i brzinu zavarivanja, kao što je prikazano na slici 1. dubina zavarivanja taline izravno je povezana s gustoćom snage snopa i funkcija je napajanja s incidentnom zrakom i žarišta snopa. Općenito, za određeni promjer laserskog snopa, dubina taline raste kako se snaga snopa povećava.

2) žarište snopa. Veličina mjesta snopa jedna je od najvažnijih varijabli laserskog zavarivanja, jer određuje gustoću snage. Međutim, njegovo mjerenje je izazov za lasere velike snage, iako su već dostupne mnoge tehnike neizravnog mjerenja.

Ogranična granična difrakcija veličine žarišta zraka može se izračunati iz teorije difrakcije svjetlosti, ali stvarni je spot veći od izračunate vrijednosti zbog prisutnosti aberacije fokusiranih leća. Najjednostavnija stvarna metoda mjerenja je metoda izotermalnog profila koja je mjerenje žarišnog i perforacijskog promjera nakon izgaranja i prodiranja polipropilenske ploče debelim papirom. Ovu metodu treba mjeriti praksom, savladavajući veličinu laserske snage i vrijeme djelovanja snopa.

3) Vrijednost apsorpcije materijala. Apsorpcija lasera pomoću materijala ovisi o nekim važnim svojstvima materijala, kao što su brzina apsorpcije, reflektivnost, toplinska vodljivost, temperatura taljenja, temperatura isparavanja itd. Najvažnija je brzina apsorpcije.

Čimbenici koji utječu na brzinu apsorpcije materijala na laserski snop uključuju dva aspekta: prvo, otpornost materijala. Nakon mjerenja brzine apsorpcije polirane površine materijala, utvrđeno je da je brzina apsorpcije materijala proporcionalna kvadratnom korijenu koeficijenta otpora, što zauzvrat varira od temperature; Drugo, površinsko stanje (ili završnica) materijala ima važniji učinak na brzinu apsorpcije snopa, čime ima značajan utjecaj na učinak zavarivanja.

Valna duljina lasera CO2 obično je 10,6 μm, keramika, staklo, guma, plastika i ostali nemetalci na brzini apsorpcije na sobnoj temperaturi vrlo su visoki, dok je metalni materijali na sobnoj temperaturi na njegovoj apsorpciji vrlo loši, sve dok se materijal jednom topi ili čak ispariva, njegova apsorpcija naglo se povećala. Upotreba površinskog premaza ili površinskog stvaranja metode oksidne filmove za poboljšanje apsorpcije materijala u snopu je vrlo učinkovita.

4) Brzina zavarivanja. Brzina zavarivanja ima veliki utjecaj na dubinu taline, povećanje brzine će učiniti dubinu taline plitkom, ali brzina je preniska i dovest će do prekomjernog topljenja materijala, radnog dijela zavarivanja. Stoga, određena laserska snaga i određena debljina određenog materijala imaju odgovarajući raspon brzine zavarivanja i u kojoj se odgovarajuća vrijednost brzine može dobiti kada je maksimalna dubina taline. Slika 2 daje odnos između brzine zavarivanja i dubine taline od 1018 čelika.

5) Zaštitni plin. Proces laserskog zavarivanja često koristi inertni plin za zaštitu bazena taline, kada su neki materijali zavareni bez obzira na površinsku oksidaciju, tada također ne uzimaju u obzir zaštitu, ali za većinu primjene često se koristi helij, argon, dušik i drugi plinovi za zaštitu, tako da je obrađivač od oksidacije tijekom procesa zavarivanja.

Helij nije lako ioniziran (ionizacijska energija je visoka), omogućavajući laseru da prođe kroz i energija snopa da dosegne površinu radnog komada neometan. To je najučinkovitiji oklopni plin koji se koristi u laserskom zavarivanju, ali je skuplji.

Argon je jeftiniji i gušći, pa bolje štiti. Međutim, osjetljiva je na metalnu ionizaciju plazme s visokom temperaturom, što rezultira zaštitom dijela snopa na radnom komadu, smanjujući učinkovitu lasersku snagu za zavarivanje, a također smanjujući brzinu zavarivanja i dubinu taline. Površina zavarenog dijela je glađa od zaštite od argona nego sa zaštitom od helija.

Dušik je najjeftiniji oklopni plin, ali nije prikladan za neke vrste zavarivanja od nehrđajućeg čelika, uglavnom zbog metalurških problema, poput apsorpcije, koji ponekad stvaraju poroznost u zoni kruga.

Druga uloga korištenja oklopnog plina je zaštita fokusirajuće leće od onečišćenja metalne pare i raspršivanja tekućih kapljenih kapljica. To je posebno potrebno u laserskom zavarivanju velike snage, gdje izbacivanje postaje vrlo moćno.

Treća funkcija oklopnog plina je u tome što je učinkovit u raspršivanju zaštite od plazme proizvedenog laserskim zavarivanjem velike snage. Metalna para apsorbira laserski snop i ionizira se u plazma oblak, a oklopni plin oko metalne pare ioniziran je i toplinom. Ako je prisutno previše plazme, plazma konzumira laserski snop u određenoj mjeri. Prisutnost plazme kao druge energije na radnoj površini čini dubinu taline plitka, a površina za zavarivanje. Brzina kompleksiranja elektrona povećava se povećanjem broja sudara elektrona-iona i neutralnog atoma kako bi se smanjila gustoća elektrona u plazmi. Što je lakši neutralni atom, što je viša frekvencija sudara, to je veća brzina složenih; S druge strane, samo visoka energija ionizacije oklopnog plina, kako ne bi povećala gustoću elektrona zbog ionizacije samog plina.

Kao što se može vidjeti iz tablice, veličina oblaka u plazmi varira s korištenim zaštitnim plinom, s tim da je helij najmanji, nakon čega slijedi dušik, a najveći kada se koristi argon. Što je veća veličina plazme, to je dubina topljenja. Razlog ove razlike je najprije posljedica različitog stupnja ionizacije molekula plina, a također i zbog razlike u difuziji metalne pare uzrokovane različitim gustoćama zaštitnih plinova.

Helij je najmanje ioniziran i najmanje gust, a brzo raspršuje metalnu paru u usponu iz bazena rastaljenog metala. Stoga, upotreba helija kao zaštitnog plina može maksimizirati suzbijanje plazme, povećavajući tako dubinu taline i poboljšanje brzine zavarivanja; Nije lako izazvati poroznost zbog njegove lagane težine i sposobnosti bijega. Naravno, iz naših stvarnih rezultata zavarivanja, učinak zaštite s argonskim plinom nije loš.

Plazma oblak na dubini taline u zoni niske brzine zavarivanja najočitija je. Kad se brzina zavarivanja poveća, njegov će utjecaj biti oslabljen.

Zaštitni plin izbacuje se kroz otvor mlaznice pri određenom pritisku kako bi se dosegla površina obrazaca. Hidrodinamički oblik mlaznice i veličina promjera utičnice vrlo su važni. Mora biti dovoljno velik da pokrene prskani oklopni plin kako bi prekrio površinu zavarivanja, ali da bi se učinkovito zaštitio leća i spriječilo onečišćenje metalne pare ili oštećenje metalnog prskanja na leću, veličina mlaznice također bi trebala biti ograničena. Brzina protoka također treba kontrolirati, u protivnom laminarni protok oklopnog plina postaje turbulentni i atmosfera postaje uključena u rastopljeni bazen, na kraju tvoreći poroznost.

Da bi se poboljšao efekt zaštite, također dostupan dodatni način puhanja, to jest, kroz mlaznju manjeg promjera bit će zaštitni plin pod određenim kutom izravno u duboku rastaljenu rupu zavarivanja. Plin za zaštitu ne samo da suzbija oblak plazme na površini radnog komada, već također utječe na plazmu u rupi i stvaranje male rupe, dodatno povećavajući dubinu fuzije i dobivajući dublji i širi šav zavarivanja nego što je poželjno. Međutim, ova metoda zahtijeva preciznu kontrolu veličine i smjera protoka plina, u protivnom je lako proizvesti turbulenciju i oštetiti bazen taline, što rezultira procesom zavarivanja, teško je stabilizirati.

6) žarišna duljina leće. Zavarivanje se obično koristi za fokusiranje načina na koji lasersko konvergenciju, opći izbor 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10 ') žarišnu duljinu leće. Usredotočena veličina mjesta proporcionalna je žarišnoj duljini, što je kraća žarišna duljina, što je manja mjesto. Ali žarišna duljina također utječe na žarišnu dubinu, to jest, žarišna se dubina istodobno povećava s žarišnom duljinom, tako da kratka žarišna duljina može poboljšati gustoću snage, ali zbog male žarišne dubine, udaljenost između leće i radnog dijela mora biti precizno održavana, a dubina prenošenja nije velika. Zbog utjecaja prskanja generiranog tijekom postupka zavarivanja i laserskih načina, stvarno zavarivanje koristeći najkraću dubinu fokusa više žarišne duljine 126 mm (5 '). Kada je šav velik ili šav zavarivanja treba povećati povećanjem veličine spota, dubina je i dubina (10 ) može biti izazvana u slučaju da se izlaže u pogon (10 '). Učinak male rupe.

Kad laserska snaga prelazi 2KW, posebno za lasersku zraku od 10,6 μm CO2, zbog upotrebe posebnih optičkih materijala za stvaranje optičkog sustava, kako bi se izbjegao rizik od optičkog oštećenja na fokusirajućoj leći, često odabirete metodu fokusiranja refleksije, uglavnom koristeći polirano bakreno ogledalo za reflektor. Zbog učinkovitog hlađenja, često se preporučuje za fokusiranje laserskog zraka velike snage.

7) Položaj žarišta. Zavarivanje, kako bi se održalo dovoljnu gustoću snage, položaj žarišne točke je kritičan. Promjene u položaju žarišne točke u odnosu na površinu radnog komada izravno utječu na širinu i dubinu zavarivanja. Slika 3 prikazuje učinak žarišnog položaja na dubinu taline i širine šava od 1018 čelika. U većini aplikacija za zavarivanje lasera, žarište se obično postavlja približno 1/4 željene dubine taline ispod površine radnog komada.

8) Položaj laserskog snopa. Kada lasersko zavarivanje različitih materijala, položaj laserskog snopa kontrolira konačnu kvalitetu zavarivanja, posebno u slučaju spojeva stražnjica koji su na to osjetljiviji od spojeva kruga. Na primjer, kada su očvrsnuti čelični zupčanici zavareni na blage čelične bubnjeve, pravilna kontrola položaja laserskog snopa olakšat će proizvodnju zavara s pretežno niskim ugljikovim komponentom, koja ima bolju otpornost na pukotinu. U nekim primjenama, geometrija radnog dijela koji treba zavariti zahtijeva da se laserski snop odbije kutom. Kada je kut odstupanja između osi snopa i ravnine zglobova unutar 100 stupnjeva, na apsorpciju laserske energije od strane radnog komada neće utjecati.

9) Zavarivanje početak i krajnja točka laserske snage Postepeni porast, postupno opadanje kontrole. Lasersko zavarivanje dubokog fuzije, bez obzira na dubinu zavara, uvijek postoji fenomen malih rupa. Kad se postupak zavarivanja prekine i prekidač napajanja isključi, krater će se pojaviti na kraju zavara. Pored toga, kada sloj lasera zavarivanja pokriva originalni zavarivanje, uslijedit će prekomjerna apsorpcija laserskog snopa, što će rezultirati pregrijavanjem ili poroznošću zavara.

Kako bi se spriječile gornje pojave, točke pokretanja i zaustavljanja snage mogu se programirati tako da se vrijeme pokretanja i zaustavljanja postaju podesiva, tj. Početna snaga se elektronički povećava s nule na postavljenu vrijednost energije u kratkom vremenskom razdoblju, a vrijeme zavarivanja se prilagođava, a konačno se snaga postupno smanjuje s skupa na nultu vrijednost kada se zavariva.