Lazerio suvirinimo pagrindiniai proceso parametrai

1) Lazerio galia. Lazerio suvirinimo lazerio tankio slenkstis yra lazerio tankio slenkstis, žemiau kurio lydalo gylis yra negilus, o kai ši vertė pasiekiama ar viršijusi, lydalo gylis iš esmės padidėja. Tik tada, kai ruošinio lazerio galios tankis viršija slenkstį (priklausoma nuo medžiagos), susidaro plazma, o tai žymi gilios suliejimo suvirinimo stabilizavimą. Jei lazerio galia yra žemiau šios ribos, ruošinys tirpsta tik paviršiaus, ty suvirinimas vyksta stabiliame šilumos perdavimo tipe. Kai lazerio galios tankis yra arti kritinės mažos skylių formavimo būklės, giliai suliejus suvirinimas ir laidumo suvirinimas yra pakaitomis ir tampa nestabiliais suvirinimo procesais, todėl sulaukia didelių lydymosi gylio svyravimų. Lazerio giliai suliejimo suvirinime lazerio galia kontroliuoja tiek įsiskverbimo gylį, tiek suvirinimo greitį, kaip parodyta 1 paveiksle. Lydymosi suvirinimo gylis yra tiesiogiai susijęs su spindulio galios tankiu ir yra krintančios pluošto galios ir židinio židinio taško funkcija. Apskritai, tam tikro lazerio spindulio skersmens, lydalo gylis didėja didėjant pluošto galiai.

2) Sijos židinio dėmė. Sijos dėmės dydis yra vienas iš svarbiausių kintamųjų lazeriniame suvirinime, nes jis lemia galios tankį. Tačiau jo matavimas yra iššūkis didelės galios lazeriams, nors jau yra daug netiesioginių matavimo būdų.

Sijos židinio difrakcijos ribos taško dydis gali būti apskaičiuotas pagal šviesos difrakcijos teoriją, tačiau tikroji dėmė yra didesnė už apskaičiuotą vertę, nes yra fokusavimo objektyvo aberacija. Paprasčiausias realus matavimo metodas yra izoterminio profilio metodas, kuris yra išmatuoti židinio taško ir perforacijos skersmenį sudegus ir prasiskverbiant į polipropileno plokštelę storu popieriumi. Šis metodas turėtų būti išmatuotas praktika, įvaldant lazerio galios dydį ir pluošto veikimo laiką.

3) Medžiagos absorbcijos vertė. Lazerio absorbcija medžiaga priklauso nuo kai kurių svarbių medžiagos savybių, tokių kaip absorbcijos greitis, atspindėjimas, šilumos laidumas, lydymosi temperatūra, garinimo temperatūra ir kt. Svarbiausia yra absorbcijos greitis.

Veiksniai, darantys įtaką medžiagos absorbcijos greičiui lazerio pluoštui, yra du aspektai: pirma, medžiagos varža. Išmatuojant medžiagos poliruoto paviršiaus absorbcijos greitį, nustatyta, kad medžiagos absorbcijos greitis yra proporcingas atsparumo koeficiento kvadratinei šakniui, o tai savo ruožtu skiriasi atsižvelgiant į temperatūrą; Antra, medžiagos paviršiaus būsena (arba apdaila) daro svarbesnį poveikį sijos absorbcijos greičiui, taigi daro didelę įtaką suvirinimo efektui.

CO2 lazerio išėjimo bangos ilgis paprastai būna 10,6 μm, keramika, stiklas, guma, plastikas ir kiti nemetalai, kai jo absorbcija kambario temperatūroje yra labai aukštos, o metalinės medžiagos kambario temperatūroje jo absorbcijoje yra labai prasta, kol medžiaga vieną kartą ištirpsta ar net garinta, jos absorbcija smarkiai padidėjo. Labai efektyvus yra naudoti paviršiaus dangą arba oksido plėvelės metodo paviršiaus gamybos metodą, siekiant pagerinti medžiagos absorbciją į pluoštą.

4) Suvirinimo greitis. Suvirinimo greitis daro didelę įtaką lydymosi gyliui, padidėjęs greitis padidins lydalo gylį, tačiau greitis yra per mažas ir sukels per didelį medžiagos tirpimą, ruošinio suvirinimą. Todėl tam tikra lazerio galia ir tam tikras tam tikros medžiagos storis turi tinkamą suvirinimo greičio diapazoną ir kurioje galima gauti atitinkamą greičio vertę, kai maksimalus lydalo gylis. 2 paveiksle pateiktas ryšys tarp suvirinimo greičio ir 1018 plieno lydalo gylio.

5) Apsauginės dujos. Lazerio suvirinimo procesas dažnai naudoja inertines dujas lydymosi baseinui apsaugoti, kai kai kurios medžiagos suvirintos, neatsižvelgiant į paviršiaus oksidaciją, tada taip pat nesvarsto apsaugos, tačiau daugumai taikymo dažnai naudojamos helio, argono, azoto ir kitos dujos, kad apsaugotųjų ruošinį, kad oksidacijos oksidacijos metu suvirinimo proceso metu.

Helis nėra lengvai jonizuotas (jonizacijos energija yra didelė), leidžianti lazeriui praeiti pro šalį, o spindulio energija pasiekia ruošinio paviršių netrukdomą. Tai yra veiksmingiausios ekrano dujos, naudojamos suvirinant lazerinį, tačiau yra brangesnės.

Argonas yra pigesnis ir tankesnis, todėl geriau apsaugo. Tačiau jis yra jautrus aukštos temperatūros metalo plazmos jonizacijai, dėl kurios sijos dalis yra ekranuojanti prie ruošinio, sumažinant efektyvią lazerio galią suvirinimui, taip pat pabloginti suvirinimo greitį ir lydalo gylį. Suvirintos dalies paviršius yra lygesnis argono apsauga, o ne su helio apsauga.

Azotas yra pigiausios ekranuojančios dujos, tačiau jos netinka kai kurioms nerūdijančio plieno suvirinimui, daugiausia dėl metalurginių problemų, tokių kaip absorbcija, kuri kartais sukelia poringumą Lapo zonoje.

Antrasis ekrano dujų naudojimo vaidmuo yra apsaugoti fokusavimo objektyvas nuo metalo garų užteršimo ir skystų išlydytų lašelių purškimo. Tai ypač būtina suvirinant didelę galią lazeriu, kur ejecta tampa labai galinga.

Trečioji ekranuojančių dujų funkcija yra ta, kad ji yra veiksminga išsklaidant plazmos ekraną, kurį sukuria didelės galios lazerio suvirinimas. Metalo garai sugeria lazerio pluoštą ir jonizuoja į plazmos debesį, o ekranuojančias dujas aplink metalinius garus taip pat jonizuoja šiluma. Jei yra per daug plazmos, lazerio pluoštą tam tikru mastu sunaudoja plazma. Dėl plazmos, kaip antrosios energijos darbinio paviršiaus, buvimas tampa lydymosi seklesnis ir suvirinimo baseino paviršiaus gylis. Elektronų komplekso greitis padidėja padidinus elektronų jonų ir neutralaus atomo trijų kūnų susidūrimų skaičių, kad būtų sumažintas elektronų tankis plazmoje. Kuo lengvesnis neutralus atomas, tuo didesnis susidūrimo dažnis, tuo didesnis junginio greitis; Kita vertus, tik aukšta ekranuojančių dujų jonizacijos energija, kad dėl pačių dujų jonizacijos nepadidintų elektronų tankio.

Kaip matyti iš lentelės, plazmos debesies dydis kinta priklausomai nuo naudojamų apsauginių dujų, o helis yra mažiausias, o po jo - azotas, o didžiausias, kai naudojamas argonas. Kuo didesnis plazmos dydis, tuo seklesnis lydymosi gylis. Šio skirtumo priežastis pirmiausia lemia skirtingas dujų molekulių jonizacijos laipsnis, taip pat dėl ​​metalo garų difuzijos skirtumo, kurį sukelia skirtingi apsauginių dujų tankiai.

Helis yra mažiausiai jonizuotas ir mažiausiai tankus, ir jis greitai išsklaido kylančius metalinius garus iš išlydyto metalo baseino. Todėl helio, kaip ekranuojančių dujų, naudojimas gali maksimaliai padidinti plazmos slopinimą, taip padidindamas lydalo gylį ir pagerinant suvirinimo greitį; Dėl savo lengvojo svorio ir sugebėjimo pabėgti nėra lengva sukelti poringumą. Žinoma, atsižvelgiant į mūsų suvirinimo rezultatus, apsaugos su argono dujomis poveikis nėra blogas.

Akivaizdžiausias yra plazmos debesis lydymosi gylyje mažo suvirinimo greičio zonoje. Kai suvirinimo greitis padidės, jo įtaka susilpnės.

Ekrano dujos išmetamos per purkštuko angą tam tikru slėgiu, kad pasiektų ruošinio paviršių. Labai svarbi hidrodinaminė purkštuko forma ir išleidimo angos skersmens dydis. Jis turi būti pakankamai didelis, kad būtų galima išvalyti purškiamas ekranuojančias dujas, kad padengtų suvirinimo paviršių, tačiau norint veiksmingai apsaugoti objektyvas ir užkirsti kelią metalo garų užterštumui ar metalo purškiamam objektyvo pažeidimui, purkštuko dydis taip pat turėtų būti ribotas. Srauto greitis taip pat turėtų būti kontroliuojamas, kitaip ekranuojančių dujų laminarinis srautas tampa neramus, o atmosfera įsitraukia į išlydytą baseiną ir galiausiai sudaro poringumą.

Norint pagerinti apsaugos efektą, taip pat turimą papildomą šoninį pūtimu, tai yra, per mažesnio skersmens antgalis bus apsauginės dujos tam tikru kampu tiesiai į giliai išlydytą suvirinimo angą. Žodžių dujos ne tik slopina plazmos debesį ant ruošinio paviršiaus, bet ir daro įtaką skylės plazmoje ir mažos skylės susidarymą, dar labiau padidina sintezės gylį ir giliau bei platesnę suvirinimo siūlę, nei pageidautina. Tačiau šis metodas reikalauja tiksliai valdyti dujų srauto dydį ir kryptį, kitaip lengva susidaryti turbulenciją ir sugadinti lydalo baseiną, todėl suvirinimo procesą sunku stabilizuoti.

6) Lęšio židinio nuotolis. Suvirinimas paprastai naudojamas norint sutelkti lazerio konvergenciją, bendrą 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10 ') objektyvo židinio ilgį. Fokusuotas taško dydis yra proporcingas židinio nuotoliui, tuo trumpesnis židinio nuotolis, tuo mažesnė dėmė. Bet židinio nuotolis taip pat turi įtakos židinio gyliui, tai yra, židinio gylis tuo pačiu metu didėja su židinio nuotoliu, todėl trumpas židinio nuotolis gali pagerinti galios tankį, tačiau dėl mažo židinio gylio atstumas tarp objektyvo ir ruošinio turi būti tiksliai išlaikytas, o tirpimo gylis nėra didelis. Dėl suvirinimo proceso metu ir lazerio režimo sukuriamo purslų įtakos tikrasis suvirinimas naudojant trumpiausią fokusavimo gylį, didesnį židinio nuotolį 126 mm (5 '). Kai siūlė yra didelė arba suvirinimo siūlė turi būti padidinta padidinant taško dydį, norint padidinti tašką, gali būti, kad būtų didesnė lazerio galia (10 '), jei gaunama didesnė lazerio galia (10 '). efektas.

Kai lazerio galia viršija 2kW, ypač 10,6 μm CO2 lazerio pluoštui, nes buvo naudojamos specialios optinės medžiagos optinei sistemai, kad būtų išvengta optinio pažeidimo fokusavimo objektyvo rizikos, dažnai rinkitės atspindžio fokusavimo metodą, paprastai naudodami poliruotą vario veidrodį atspindžio. Dėl veiksmingo aušinimo dažnai rekomenduojama fokusuoti didelę galios lazerio pluoštą.

7) Židinio taško padėtis. Suvirinimas, siekiant išlaikyti pakankamą galios tankį, židinio taško padėtis yra kritinė. Židinio taško padėties pokyčiai ruošinio paviršiaus atžvilgiu tiesiogiai veikia suvirinimo plotį ir gylį. 3 paveiksle parodytas židinio taško padėties poveikis 1018 plieno lydalo ir siūlės pločio gyliui. Daugelyje lazerinių suvirinimo būdų židinio taškas paprastai yra maždaug 1/4 norimo lydalo gylio, esančio po ruošinio paviršiaus.

8) Lazerio pluošto padėtis. Kai lazeriu suvirinant skirtingas medžiagas, lazerio pluošto padėtis kontroliuoja galutinę suvirinimo kokybę, ypač tuo atveju, kai tai yra jautresni užpakalio sąnarių, nei juosmens sąnariai. Pvz., Kai sukietėjusios plieninės pavaros yra suvirintos iki švelnių plieninių būgnų, tinkamai kontroliuojant lazerio pluošto padėtį, palengvins suvirinimo suvirinimo gamybą su daugiausia žemu anglies komponentu, kuris turi geresnį atsparumą įtrūkimams. Kai kuriose programose ruošinio geometrija turi būti suvirinta, reikia, kad lazerio pluoštas būtų nukreiptas kampu. Kai deformacijos kampas tarp pluošto ašies ir jungties plokštumos yra ne per 100 laipsnių, lazerio energijos absorbcija ruošinyje nebus paveikta.

9) Lazerio galios suvirinimo ir pabaigos taškas laipsniškas kilimas, laipsniškas nuosmukio kontrolė. Lazerio gilios suliejimo suvirinimas, nepaisant suvirinimo gylio, visada egzistuoja mažų skylių reiškinys. Kai suvirinimo procesas bus nutrauktas ir išjungtas maitinimo jungiklis, suvirinimo gale pasirodys krateris. Be to, kai lazerio suvirinimo sluoksnis uždengs originalų suvirinimą, lazerio pluošto absorbcija bus per didelė, todėl suvirinimo perkaitimas ar poringumas.

Norint išvengti aukščiau pateiktų reiškinių, galios pradžios ir sustabdymo taškai gali būti užprogramuoti taip, kad galios pradžios ir sustabdymo laikas taptų reguliuojamas, ty pradinė galia elektroniniu būdu padidėja nuo nulio iki nustatytos galios vertės per trumpą laiką ir suvirinimo laikas gali būti sureguliuotas, o galia palaipsniui mažinama nuo nustatytos galios iki nulinės vertės, kai suvirinimas pasibaigia.