Lasersveising Hovedprosessparametere

1) Laserkraft. Det er en laserenergitetthetsterskel i lasersveising, under hvilken smeltedybden er grunt, og når denne verdien er nådd eller overskredet, øker smeltedybden betydelig. Først når laserkrafttettheten på arbeidsstykket overstiger terskelen (materialavhengig), genereres plasma, som markerer stabiliseringen av dyp fusjonssveising. Hvis laserkraften er under denne terskelen, gjennomgår arbeidsstykket bare overflatesmelting, dvs. sveisingen fortsetter i en stabil varmeoverføringstype. Når laserkrafttettheten er nær den kritiske tilstanden for dannelse av små hull, sveising av dyp fusjonssveising og ledningssveising og blir ustabile sveiseprosesser, noe som resulterer i store svingninger i smeltedybden. I laserdyp fusjonssveising kontrollerer laserkraften både dybden av penetrering og sveisehastighet, som vist i figur 1. Sveisedybden på smeltet er direkte relatert til strålekraftdensiteten og er en funksjon av den innfallende strålens kraft- og bjelkefokalplass. Generelt, for en viss diameter på laserstrålen, øker smeltens dybde når strålekraften øker.

2) Beam Focal Spot. Strålestørrelse er en av de viktigste variablene i lasersveising, ettersom den bestemmer krafttettheten. Målingen er imidlertid en utfordring for lasere med høy effekt, selv om mange indirekte måleteknikker allerede er tilgjengelige.

Strålets fokal diffraksjonsgrense -spotstørrelse kan beregnes ut fra lysdiffraksjonsteori, men det faktiske stedet er større enn den beregnede verdien på grunn av tilstedeværelsen av fokusering av linseavvik. Den enkleste virkelige målemetoden er den isotermiske profilmetoden, som er å måle fokalflekken og perforeringsdiameteren etter å ha brent og trenger gjennom en polypropylenplate med tykt papir. Denne metoden skal måles ved praksis, og mestrer størrelsen på laserkraften og tiden for bjelkevirkningen.

3) Materiell absorpsjonsverdi. Absorpsjonen av laser av materialet avhenger av noen viktige egenskaper til materialet, for eksempel absorpsjonshastighet, refleksjonsevne, termisk ledningsevne, smeltetemperatur, fordampningstemperatur, etc. Den viktigste er absorpsjonshastigheten.

Faktorer som påvirker absorpsjonshastigheten til materialet til laserstrålen inkluderer to aspekter: for det første materialets resistivitet. Etter å ha måle absorpsjonshastigheten til den polerte overflaten av materialet, er det funnet at materialabsorpsjonshastigheten er proporsjonal med kvadratroten av resistivitetskoeffisienten, som igjen varierer med temperatur; For det andre har overflatetilstanden (eller finishen) av materialet en viktigere effekt på absorpsjonshastigheten til bjelken, og har dermed en betydelig effekt på sveiseeffekten.

CO2-laserutgangsbølgelengde er vanligvis 10,6μm, keramikk, glass, gummi, plast og andre ikke-metaller på absorpsjonshastigheten ved romtemperaturen er veldig høy, mens metallmaterialer ved romtemperatur på absorpsjonen er veldig dårlig, til materialet en gang smeltet eller til og med fordampet, dens absorpsjon økte skarpt. Bruken av overflatebelegg eller overflategenerering av oksydfilmmetode for å forbedre absorpsjonen av materialet til bjelken er veldig effektiv.

4) Sveisehastighet. Sveisehastigheten har stor innvirkning på smeltens dybde, øke hastigheten vil gjøre dybden på smelte grunt, men hastigheten er for lav og vil føre til overdreven smelting av materialet, arbeidsstykket sveis gjennom. Derfor har en viss laserkraft og en viss tykkelse av et bestemt materiale et passende utvalg av sveisehastighet, og hvor den tilsvarende hastighetsverdien kan oppnås når den maksimale smeltendybden. Figur 2 gir forholdet mellom sveisehastighet og smeltedybde på 1018 stål.

5) Beskyttelsesgass. Lasersveiseprosess bruker ofte inert gass for å beskytte smeltebassenget, når noen materialer sveiset uavhengig av overflateoksidasjon, vurderer heller ikke beskyttelse, men for de fleste anvendelser brukes ofte helium, argon, nitrogen og andre gasser for beskyttelse, slik at arbeidsstykket fra oksidasjon under sveiseprosessen.

Helium er ikke lett ionisert (ioniseringsenergien er høy), slik at laseren kan passere gjennom og strålenergien når overflaten av arbeidsstykket uhindret. Det er den mest effektive skjermingsgassen som brukes i lasersveising, men er dyrere.

Argon er billigere og mer tett, så det beskytter bedre. Imidlertid er det utsatt for metallplasma -ionisering av høy temperatur, noe som resulterer i å skjerme en del av bjelken til arbeidsstykket, noe som reduserer den effektive laserkraften for sveising og også svekker sveisehastigheten og smeltens dybde. Overflaten på den sveisede delen er jevnere med argonbeskyttelse enn med heliumbeskyttelse.

Nitrogen er den billigste skjermingsgassen, men den er ikke egnet for noen typer sveising av rustfritt stål, hovedsakelig på grunn av metallurgiske problemer, for eksempel absorpsjon, som noen ganger gir porøsitet i fangetonen.

Den andre rollen å bruke en skjermingsgass er å beskytte fokuseringslinsen mot metalldampforurensning og sputtering av flytende smeltede dråper. Dette er spesielt nødvendig i lasersveising med høy effekt, der ejecta blir veldig kraftig.

En tredje funksjon av skjermingsgassen er at den er effektiv i å spre plasmabeskyttelsen produsert av høyeffektlasersveising. Metalldampen absorberer laserstrålen og ioniserer seg i en plasmady, og den skjermingsgassen rundt metalldampen er også ionisert av varmen. Hvis for mye plasma er til stede, forbrukes laserstrålen av plasmaet til en viss grad. Tilstedeværelsen av plasma som en annen energi på arbeidsflaten gjør dybden av smelte grunnere og sveisebassengoverflaten bredere. Hastigheten for elektronkompleksering økes ved å øke antall elektronion- og nøytral-atom-tre-kropps kollisjoner for å redusere elektrontettheten i plasmaet. Jo lettere det nøytrale atomet, jo høyere kollisjonsfrekvens, jo høyere er forbindelseshastigheten; På den annen side er det bare den høye ioniseringsenergien til skjermingsgassen, for ikke å øke elektrontettheten på grunn av ioniseringen av selve gassen.

Som det fremgår av tabellen, varierer plasma -skystørrelsen med den beskyttende gassen som brukes, med helium som den minste, etterfulgt av nitrogen, og den største når argon brukes. Jo større plasmastørrelse, jo grunnere smeltende dybde. Årsaken til denne forskjellen skyldes først den forskjellige graden av ionisering av gassmolekylene, og også på grunn av forskjellen i diffusjonen av metalldampen forårsaket av de forskjellige tetthetene til beskyttende gasser.

Helium er det minst ioniserte og det minst tette, og det fordriver raskt den stigende metalldampen fra det smeltede metallbassenget. Derfor kan bruk av helium som en skjermingsgass maksimere undertrykkelsen av plasma, og dermed øke dybden på smelten og forbedre sveisehastigheten; Det er ikke lett å forårsake porøsitet på grunn av dens lette vekt og evne til å rømme. Fra våre faktiske sveiseresultater er selvfølgelig effekten av beskyttelse med argongass ikke dårlig.

Plasmady på smeltens dybde i lav sveisehastighetssonen er den mest åpenbare. Når sveisehastigheten øker, vil påvirkningen bli svekket.

Skjermingsgassen kastes ut gjennom dysåpningen ved et visst trykk for å nå arbeidsstykkets overflate. Den hydrodynamiske formen på dysen og størrelsen på uttakets diameter er veldig viktig. Den må være stor nok til å drive den sprayede skjermingsgassen for å dekke sveiseoverflaten, men for å effektivt beskytte linsen og forhindre metalldampforurensning eller metallsprutskader på linsen, bør dysestørrelsen også være begrenset. Strømningshastigheten skal også kontrolleres, ellers blir den laminære strømmen av skjermingsgass turbulent og atmosfæren blir involvert i det smeltede bassenget, og til slutt danner porøsitet.

For å forbedre beskyttelseseffekten, også tilgjengelig ytterligere sideveis blåsende måte, det vil si gjennom en dyse med mindre diameter vil være den beskyttende gassen i en viss vinkel direkte inn i det dype smeltede sveisehullet. Skjermingsgassen undertrykker ikke bare plasmadyen på overflaten av arbeidsstykket, men utøver også innflytelse på plasmaet i hullet og dannelsen av det lille hullet, noe som øker fusjonens dybde og oppnår en dypere og bredere sveisesøm enn det er ønsket. Imidlertid krever denne metoden presis kontroll av gasstrømstørrelse og retning, ellers er det lett å produsere turbulens og skade smeltebassenget, noe som resulterer i sveiseprosessen er vanskelig å stabilisere seg.

6) Linsens brennvidde. Sveising brukes vanligvis til å fokusere måten laserkonvergensen, det generelle valget på 63 ~ 254mm (2,5 '~ 10 ') brennvidde på linsen. Fokusert spotstørrelse er proporsjonal med brennvidden, jo kortere brennvidde, desto mindre er stedet. Men brennvidden påvirker også den fokale dybden, det vil si at brenndybden øker samtidig med brennvidden, slik at den korte brennvidden kan forbedre krafttettheten, men på grunn av den lille fokaldybden, er avstanden mellom linsen og arbeidsstykket må holdes nøyaktig, og smeltedybden er ikke stor. På grunn av påvirkningen av sprut som genereres under sveiseprosessen og lasermodus, er den faktiske sveisingen ved bruk av den korteste dybden av fokus mer fokal lengde 126mm (5 '). Når sømmen er stor eller sveisesømmen må økes ved å øke spotstørrelsen, er en linse med en fokusering på 254 m ( dyp smelte liten hullffekt.

Når laserkraften overstiger 2kW, spesielt for 10,6μm CO2 -laserstrålen, på grunn av bruk av spesielle optiske materialer for å danne det optiske systemet, for å unngå risiko for optisk skade på fokuseringslinsen, velger du ofte refleksjonsfokus -metoden, vanligvis ved bruk av polert kobberspeil for reflektoren. På grunn av den effektive avkjølingen anbefales det ofte for fokusering av laserstråle med høy effekt.

7) Fokuspunktposisjon. Sveising, for å opprettholde tilstrekkelig krafttetthet, er brennpunktsposisjonen kritisk. Endringer i fokuspunktets plassering i forhold til arbeidsstykkets overflate påvirker direkte sveisebredden og dybden. Figur 3 viser effekten av fokuspunktposisjon på smeltens dybde og sømbredde på 1018 stål. I de fleste lasersveiseapplikasjoner er fokuspunktet vanligvis plassert omtrent 1/4 av ønsket smelte dybde under arbeidsstykkets overflate.

8) Laserstråleposisjon. Når lasersveising av forskjellige materialer, kontrollerer laserstråleposisjonen den endelige kvaliteten på sveisen, spesielt når det gjelder rumpeledd som er mer følsomme for dette enn LAP -ledd. For eksempel, når herdede stålgir sveises til milde ståltrommer, vil riktig kontroll av laserstråleposisjonen lette produksjonen av en sveis med en overveiende lav karbonkomponent, noe som har bedre sprekkmotstand. I noen applikasjoner krever geometrien til arbeidsstykket som skal sveises, laserstrålen blir avbøyd med en vinkel. Når avbøyningsvinkelen mellom stråleaksen og skjøtplanet er innenfor 100 grader, vil ikke absorpsjonen av laserenergi av arbeidsstykket bli påvirket.

9) Sveisestart og sluttpunkt for laserkraften gradvis stigning, gradvis nedgangskontroll. Laser dyp fusjonssveising, uavhengig av sveisedybden, fenomenet små hull eksisterer alltid. Når sveiseprosessen avsluttes og strømbryteren er slått av, vises et krater på slutten av sveisen. I tillegg, når lasersveiselaget dekker den originale sveisen, vil det være overdreven absorpsjon av laserstrålen, noe som resulterer i overoppheting eller porøsitet på sveisen.

For å forhindre de ovennevnte fenomenene, kan strømstart- og stopppunktene programmeres slik at strømstart- og stopptidene blir justerbare, dvs. startkraften økes elektronisk fra null til den angitte strømverdien på kort tid og sveisetiden blir justert, og til slutt reduseres strømmen gradvis fra den innstilte strømmen til nullverdien når sveisingen er terminert.