Laserdelding hoofdprocesparameters

1) laservermogen. Er is een lasergeddichtheidsdrempel in laserslassen, waaronder de diepte van smelt ondiep is en zodra deze waarde is bereikt of overschreden, neemt de diepte van de smelt aanzienlijk toe. Alleen wanneer de laserdichtheid op het werkstuk de drempel overschrijdt (materiaalafhankelijk), wordt plasma gegenereerd, wat de stabilisatie van diepe fusielassen markeert. Als het laservermogen onder deze drempel ligt, ondergaat het werkstuk alleen het smelten van het oppervlak, dwz het lassen verloopt in een stabiel warmteoverdrachtstype. Wanneer de laservermogendichtheid zich in de buurt van de kritieke toestand van de vorming van een klein gaten bevindt, wisselen diepe fusielassen en geleidingslassen afwisselend en worden onstabiele lasprocessen, wat resulteert in grote fluctuaties in de smeltdiepte. In laser diepe fusielassen regelt het laservermogen zowel de diepte van penetratie als de lassnelheid, zoals weergegeven in figuur 1. De lasdiepte van smelt is direct gerelateerd aan de bundelvermogendichtheid en is een functie van de invallende straalvermogen en bundel focusplek. Over het algemeen neemt de diepte van de smelt voor een bepaalde diameter van de laserstraal toe naarmate het straalvermogen toeneemt.

2) Bundel focale plek. De bundelspotgrootte is een van de belangrijkste variabelen in laserslassen, omdat het de vermogensdichtheid bepaalt. De meting ervan is echter een uitdaging voor lasers met een hoog vermogen, hoewel er al veel indirecte meettechnieken beschikbaar zijn.

De bundel focale diffractielimiet Spotgrootte kan worden berekend op basis van lichtdiffractietheorie, maar de werkelijke plek is groter dan de berekende waarde vanwege de aanwezigheid van focusserende lensafwijking. De eenvoudigste reële meetmethode is de isothermische profielmethode, die is om de focale vlek en perforatiediameter te meten na het verbranden en doordringen van een polypropyleenplaat met dik papier. Deze methode moet worden gemeten door de praktijk, het beheersen van de grootte van het laservermogen en de tijd van de bundelactie.

3) Materiaalabsorptiewaarde. De absorptie van laser door het materiaal hangt af van enkele belangrijke eigenschappen van het materiaal, zoals absorptiesnelheid, reflectiviteit, thermische geleidbaarheid, smelttemperatuur, verdampingstemperatuur, enz. De belangrijkste is de absorptiesnelheid.

Factoren die de absorptiesnelheid van het materiaal tot de laserstraal beïnvloeden, omvatten twee aspecten: ten eerste de weerstand van het materiaal. Na het meten van de absorptiesnelheid van het gepolijste oppervlak van het materiaal, wordt vastgesteld dat de materiaalabsorptiesnelheid evenredig is met de vierkante wortel van de weerstandscoëfficiënt, die op zijn beurt varieert met temperatuur; Ten tweede heeft de oppervlaktetoestand (of afwerking) van het materiaal een belangrijker effect op de absorptiesnelheid van de straal, waardoor een significant effect op het laseffect is.

CO2-laseruitgangsgolflengte is meestal 10,6 μm, keramiek, glas, rubber, plastic en andere niet-metalen op de absorptiesnelheid bij kamertemperatuur is zeer hoog, terwijl metalen materialen bij kamertemperatuur bij de absorptie zeer slecht zijn, totdat het materiaal eenmaal gesmolten of zelfs verdampt, de absorptie sterk toegenomen. Het gebruik van oppervlaktecoating of oppervlakte -generatie van oxidefilmmethode om de absorptie van het materiaal naar de balk te verbeteren is zeer effectief.

4) Lassnelheid. Lassnelheid heeft een grote impact op de diepte van de smelt, verhoogt de snelheid de diepte van smelt ondiep, maar de snelheid is te laag en zal leiden tot overmatig smelten van het materiaal, de werkstuklassen door. Daarom heeft een bepaald laservermogen en een bepaalde dikte van een bepaald materiaal een geschikt lassnelheid en waarin de overeenkomstige snelheidswaarde kan worden verkregen wanneer de maximale diepte van smelt. Figuur 2 geeft de relatie tussen lassnelheid en smeltdiepte van 1018 staal.

5) beschermend gas. Laserdasproces gebruikt vaak inert gas om de smeltpool te beschermen, wanneer sommige materialen zijn gelast, ongeacht de oxidatie van het oppervlak, overwegen dan ook geen bescherming, maar voor de meeste toepassingen worden vaak gebruikt helium, argon, stikstof en andere gassen voor bescherming, zodat het werkstuk van oxidatie tijdens het lasproces.

Helium is niet gemakkelijk geïoniseerd (ionisatie -energie is hoog), waardoor de laser door kan gaan en de bundelergie het oppervlak van het werkstuk ongehinderd kan bereiken. Het is het meest effectieve afschermingsgas dat wordt gebruikt bij laserslassen, maar is duurder.

Argon is goedkoper en dichter, dus het beschermt beter. Het is echter vatbaar voor metalen plasma -ionisatie met hoge temperatuur, wat resulteert in afschermingsgedeelte van de straal van het werkstuk, waardoor het effectieve laservermogen voor het lassen wordt verminderd en ook de lassnelheid en diepte van smelt aantast. Het oppervlak van het gelaste deel is soepeler met argonbescherming dan met heliumbescherming.

Stikstof is het goedkoopste afschermingsgas, maar het is niet geschikt voor sommige soorten roestvrijstalen lassen, voornamelijk als gevolg van metallurgische problemen, zoals absorptie, die soms porositeit in de lapzone produceert.

De tweede rol van het gebruik van een afschermingsgas is het beschermen van de focuslens tegen metalen dampverontreiniging en sputteren van vloeibare gesmolten druppeltjes. Dit is vooral nodig bij laserslassen met een hoog vermogen, waarbij de ejecta zeer krachtig wordt.

Een derde functie van het afschermingsgas is dat het effectief is bij het verspreiden van de plasmaafscherming geproduceerd door krachtige laserlassen. De metalen damp absorbeert de laserstraal en ioniseert in een plasmakwolk, en het afschermingsgas rond de metalen damp wordt ook geïoniseerd door de hitte. Als er teveel plasma aanwezig is, wordt de laserstraal tot op zekere hoogte verbruikt door het plasma. De aanwezigheid van plasma als een tweede energie op het werkoppervlak maakt de diepte van smelt ondieper en het lasbadoppervlak breder. De snelheid van elektronencomplexering wordt verhoogd door het aantal botsingen met elektron-ion en neutrale atoom drie-body te vergroten om de elektronendichtheid in het plasma te verminderen. Hoe lichter het neutrale atoom, hoe hoger de botsingsfrequentie, hoe hoger de samengestelde snelheid; Aan de andere kant, alleen de hoge ionisatie -energie van het afschermingsgas, om de elektronendichtheid niet te vergroten als gevolg van de ionisatie van het gas zelf.

Zoals te zien is in de tafel, varieert de plasmakoliengrootte met het gebruikte beschermende gas, waarbij helium het kleinst is, gevolgd door stikstof en de grootste wanneer argon wordt gebruikt. Hoe groter het plasmagrootte, hoe ondieper de smeltdiepte. De reden voor dit verschil is ten eerste te wijten aan de verschillende mate van ionisatie van de gasmoleculen en ook vanwege het verschil in de diffusie van de metaaldamp veroorzaakt door de verschillende dichtheden van de beschermende gassen.

Helium is het minst geïoniseerd en de minst dicht, en het verdrijft snel de stijgende metalen damp van de gesmolten metalen pool. Daarom kan het gebruik van helium als afschermingsgas de onderdrukking van plasma maximaliseren, waardoor de diepte van de smelt wordt verhoogd en de lassnelheid wordt verbeterd; Het is niet eenvoudig om porositeit te veroorzaken vanwege het lichte gewicht en het vermogen om te ontsnappen. Van onze werkelijke lasresultaten is het effect van bescherming met argongas natuurlijk niet slecht.

Plasma wolk op de diepte van de smelt in de lage lassnelheidzone is het meest voor de hand liggend. Wanneer de lassnelheid toeneemt, zal de invloed ervan worden verzwakt.

Het afschermingsgas wordt uitgeworpen door de mondstuk die op een bepaalde druk wordt geopend om het werkstukoppervlak te bereiken. De hydrodynamische vorm van het mondstuk en de grootte van de diameter van de uitlaat zijn erg belangrijk. Het moet groot genoeg zijn om het gespoten afschermingsgas aan te drijven om het lasoppervlak te bedekken, maar om de lens effectief te beschermen en metalen dampbesmetting of metaalspatschade aan de lens te voorkomen, moet de mondstukgrootte ook beperkt zijn. De stroomsnelheid moet ook worden geregeld, anders wordt de laminaire stroming van afschermingsgas turbulent en wordt de atmosfeer betrokken bij de gesmolten pool, waardoor uiteindelijk porositeit wordt gevormd.

Om het beveiligingseffect te verbeteren, zal ook beschikbare extra zijdelingse manier, dat wil zeggen, dat wil zeggen door een kleinere diameter -mondstuk het beschermende gas in een bepaalde hoek rechtstreeks in het diepe gesmolten lasgat is. Het afschermingsgas onderdrukt niet alleen de plasmakolk op het oppervlak van het werkstuk, maar oefent ook een invloed uit op het plasma in het gat en de vorming van het kleine gat, waardoor de diepte van de fusie verder wordt vergroot en een diepere en bredere lasnaad wordt verkregen dan wenselijk is. Deze methode vereist echter een precieze regeling van de grootte en richting van de gasstroom, anders is het gemakkelijk om turbulentie te produceren en het smeltpool te beschadigen, wat resulteert in het lasproces is moeilijk te stabiliseren.

6) Lens focale lengte. Lassen wordt meestal gebruikt om zich te concentreren op de manier waarop de laserconvergentie, de algemene keuze van 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10 ') brandpuntsafstand van de lens. Gerichte spotgrootte is evenredig met de brandpuntsafstand, hoe korter de brandpuntsafstand, hoe kleiner de plek. Maar de brandpuntsafstand beïnvloedt ook de focale diepte, dat wil zeggen dat de focale diepte tegelijkertijd toeneemt met de brandpuntsafstand, zodat de korte brandpuntsafstand de vermogensdichtheid kan verbeteren, maar vanwege de kleine focale diepte, moet de afstand tussen de lens en het werkstuk nauwkeurig worden onderhouden en de smeltdiepte is niet groot. Vanwege de invloed van de spat gegenereerd tijdens het lasproces en de lasermodus, het werkelijke lassen met de kortste diepte van de focus meer brandpuntsafstand 126 mm (5 '). Wanneer de naad groot is of de lasnaad moet worden verhoogd door de spotgrootte te verhogen, is een lens met een focale lengte van 254 mm (10 ') geselecteerd in welke geval een hogere laser -uitgang) is een hogere laser -outpojet) kan een hogere laser -outpojo -outpojo worden bereikt (Power Density) is een hogere laser -outpojet).

Wanneer het laservermogen meer dan 2 kW overschrijdt, vooral voor de CO2 -laserstraal van 10,6 urn, vanwege het gebruik van speciale optische materialen om het optische systeem te vormen, om het risico op optische schade aan de focuslens te voorkomen, kiest vaak de reflectiefichtingsmethode, in het algemeen met behulp van gepolijste koperen spiegel voor de reflector. Vanwege de effectieve koeling wordt het vaak aanbevolen voor de focus van hoge vermogens laserstraal.

7) Positie van het brandpunt. Lassen, om voldoende vermogensdichtheid te behouden, is de brandpuntspositie van cruciaal belang. Veranderingen in de positie van het brandpunt ten opzichte van het werkstukoppervlak beïnvloeden direct de lasbreedte en diepte. Figuur 3 toont het effect van het brandpuntspositie op de diepte van de smelt en naadbreedte van 1018 staal. In de meeste laserslassentoepassingen wordt het brandpunt meestal ongeveer 1/4 van de gewenste diepte van smelt onder het werkstukoppervlak gepositioneerd.

8) Laserstraalpositie. Wanneer laserlassen verschillende materialen lassen, regelt de laserstraalpositie de uiteindelijke kwaliteit van de las, vooral in het geval van kontverbindingen die hiervoor gevoeliger zijn dan lapverbindingen. Wanneer bijvoorbeeld geharde stalen tandwielen worden gelast op zachte stalen drums, zal de juiste regeling van de laserstraalpositie de productie van een las met een overwegend koolstofcomponent vergemakkelijken, die een betere scheurweerstand heeft. In sommige toepassingen vereist de geometrie van het te lassen werkstuk dat de laserstraal door een hoek wordt afgebogen. Wanneer de afbuiginghoek tussen de bundelas en het gewrichtsvlak binnen 100 graden ligt, wordt de absorptie van laserergie door het werkstuk niet beïnvloed.

9) Lassen Start- en eindpunt van de laservermogen geleidelijke stijging, geleidelijke achteruitgangscontrole. Laser diepe fusielassen, ongeacht de diepte van de las, bestaat het fenomeen van kleine gaten altijd. Wanneer het lasproces wordt beëindigd en de stroomschakelaar wordt uitgeschakeld, verschijnt er een krater aan het einde van de las. Bovendien, wanneer de laserslaag de oorspronkelijke las bedekt, zal er bovendien een overmatige absorptie van de laserstraal zijn, wat resulteert in oververhitting of porositeit van de las.

Om de bovengenoemde fenomenen te voorkomen, kunnen de stroomstart- en stoppunten worden geprogrammeerd zodat de stroomstart- en stop -tijden instelbaar worden, dwz het startvermogen wordt elektronisch verhoogd van nul naar de ingestelde vermogenswaarde in een korte periode van tijd en wordt de lastijd aangepast, en ten slotte wordt het vermogen geleidelijk verkort van het set vermogen naar de nero -waarde wanneer de las wordt beëindigd.