Лазерные сварки основные параметры процесса

1) Лазерная мощность. В лазерной сварке имеется порог плотности лазерной энергии, ниже которой глубина расплава мелкая, и как только это значение достигнуто или превышено, глубина расплава существенно увеличивается. Только когда лазерная плотность мощности на заготовке превышает порог (зависит от материала), генерируется плазма, которая отмечает стабилизацию глубокой сварки. Если лазерная мощность находится ниже этого порога, заготовка только подвергается плавлению поверхности, то есть сварка доходит до стабильного типа теплопередачи. Когда лазерная плотность мощности находится вблизи критического условия образования мелких отверстий, сварка глубокой сварки и сварки проводимости и становятся нестабильными процессами сварки, что приводит к большим колебаниям глубины расплава. В лазерной глубокой сварке сварки лазерной мощности контролирует как глубину проникновения, так и скорость сварки, как показано на рисунке 1. Глубина сварки расплава непосредственно связана с плотностью мощности луча и является функцией мощности падающего луча и точка фокала луча. В целом, для определенного диаметра лазерного луча глубина расплава увеличивается с увеличением мощности луча.

2) Стоит пучка фокуса. Размер пятна луча является одной из наиболее важных переменных в лазерной сварке, поскольку он определяет плотность мощности. Тем не менее, его измерение является проблемой для лазеров с высокой мощностью, хотя многие методы косвенных измерений уже доступны.

Размер пятна с фокальной дифракцией луча можно рассчитать из теории дифракции света, но фактическое пятно больше, чем рассчитанное значение из -за наличия аберрации с фокусировкой линзы. Самый простой метод реального измерения - это метод изотермического профиля, который состоит в том, чтобы измерить фокальное пятно и диаметр перфорации после сжигания и проникновения полипропиленовой пластины с толстой бумагой. Этот метод должен быть измерен на практике, освоив размер лазерной мощности и время действия пучка.

3) Значение поглощения материала. Поглощение лазера материалом зависит от некоторых важных свойств материала, таких как скорость поглощения, отражательная способность, теплопроводность, температура плавления, температура испарения и т. Д. Наиболее важным является скорость поглощения.

Факторы, влияющие на скорость поглощения материала в лазерный луч, включают два аспекта: во -первых, удельное сопротивление материала. После измерения скорости поглощения полированной поверхности материала обнаружено, что скорость поглощения материала пропорциональна квадратному корне коэффициента удельного сопротивления, что, в свою очередь, зависит от температуры; Во -вторых, состояние поверхности (или отделка) материала оказывает более важное влияние на скорость поглощения пучка, что оказывает значительное влияние на сварку.

Длина волны лазера CO2 обычно составляет 10,6 мкм, керамика, стекло, резина, пластик и другие неметалы на скорости поглощения при комнатной температуре очень высоки, в то время как металлические материалы при комнатной температуре при его поглощении очень плохой, пока материал не будет растоплен или даже испаренным, его абсорбция резко не увеличивается. Использование поверхностного покрытия или поверхностной генерации оксидной пленки для улучшения поглощения материала в луче очень эффективно.

4) Скорость сварки. Скорость сварки оказывает большое влияние на глубину расплава, увеличение скорости сделает глубину расплава мелкой, но скорость слишком низкая и приведет к чрезмерному плавлению материала, заготовкой через заготовку. Следовательно, определенная лазерная мощность и определенная толщина определенного материала имеют подходящий диапазон скорости сварки, и в котором соответствующее значение скорости может быть получено при максимальной глубине расплава. На рисунке 2 дается взаимосвязь между скоростью сварки и глубиной расплава 1018 стали.

5) Защитный газ. Процесс лазерного сварки часто использует инертный газ для защиты бассейна расплава, когда некоторые материалы сварены независимо от окисления поверхности, а также не рассматривают защиту, но для большинства применений часто используются гелий, аргона, азот и другие газы для защиты, так что изготовление от окисления во время сварки.

Гелий нелегко ионизируется (энергия ионизации высока), что позволяет лазеру проходить сквозь, а энергия луча достигает поверхности заготовки, не предназначенной. Это наиболее эффективный экранирующий газ, используемый в лазерной сварке, но стоит дороже.

Аргон дешевле и плотно, поэтому он защищает лучше. Тем не менее, он подвержен высоко температурной ионизации металлической плазмы, что приводит к экранированию части луча до заготовки, снижению эффективной лазерной мощности для сварки, а также ухудшению скорости сварки и глубины расплава. Поверхность сварной части более гладкая с защитой аргона, чем с защитой гелия.

Азот является самым дешевым защитным газом, но он не подходит для некоторых типов сварки из нержавеющей стали, в основном из -за металлургических проблем, таких как поглощение, которые иногда производят пористость в зоне круга.

Вторая роль использования экранирующего газа состоит в том, чтобы защитить фокус -линзу от загрязнения паров металла и распыления жидкости расплавленных капель. Это особенно необходимо для лазерной сварки с высокой мощностью, где выброс становится очень мощным.

Третья функция экранирующего газа заключается в том, что он эффективен в диспергировании экранирования плазмы, полученной с помощью мощной лазерной сварки. Металлический пары поглощает лазерный луч и ионизируется в плазматическое облако, а экранирующий газ вокруг металлического пара также ионизируется теплом. Если присутствует слишком много плазмы, лазерная луч в некоторой степени потребляется плазмой. Присутствие плазмы в качестве второй энергии на рабочей поверхности делает глубину плавного плавника и шире поверхности бассейна сварного шва. Скорость электронного комплексообразования увеличивается за счет увеличения количества электрон-ионных и нейтральных столкновений с тремя телами, чтобы уменьшить плотность электронов в плазме. Чем легче нейтральный атом, тем выше частота столкновений, тем выше скорость состава; С другой стороны, только высокая энергия ионизации экранирующего газа, чтобы не увеличивать плотность электронов из -за ионизации самого газа.

Как видно из таблицы, размер плазменного облака варьируется в зависимости от используемого защитного газа, причем гелий является наименьшим, с последующим азотом и наибольшим, когда используется аргоном. Чем больше размер плазмы, тем меньше глубина плавления. Причина этого различия связана с различной степенью ионизации газовых молекул, а также из -за разницы в диффузии металлического пара, вызванного различной плотностью защитных газов.

Гелий является наименее ионизированным и наименее плотным, и он быстро рассеивает восходящий металлический пары из бассейна расплавленного металла. Следовательно, использование гелия в качестве экранирующего газа может максимизировать подавление плазмы, тем самым увеличивая глубину расплава и улучшая скорость сварки; Нелегко вызвать пористость из -за его легкого веса и способности убежать. Конечно, из наших фактических результатов сварки влияние защиты с помощью газа аргона неплохо.

Плазменное облако на глубине расплава в зоне низкой скорости сварки является наиболее очевидным. Когда скорость сварки увеличивается, ее влияние будет ослаблено.

Экранирующий газ выбрасывается через отверстие сопла при определенном давлении, чтобы достичь поверхности заготовки. Гидродинамическая форма сопла и размер диаметра выхода очень важны. Он должен быть достаточно большим, чтобы привести к тому, что экранирующий газ распылился, чтобы покрыть поверхность сварки, но для эффективной защиты линзы и предотвращения загрязнения металлическим паром или повреждения линзы металла для линзы также должны быть ограничены. Скорость потока также следует контролировать, в противном случае ламинарный поток экранирующего газа становится турбулентным, и атмосфера становится вовлеченной в расплавленный бассейн, в конечном итоге образуя пористость.

Чтобы улучшить эффект защиты, также доступным дополнительным боковым путем продувания, то есть через форсунку меньшего диаметра будет защитным газом под определенный угол непосредственно в глубокое расплавленное отверстие для сварного шва. Экранирующий газ не только подавляет плазматическое облако на поверхности заготовки, но и оказывает влияние на плазму в отверстии и образование небольшого отверстия, еще больше увеличивая глубину слияния и получая более глубокий и более широкий сварной швы, чем желательно. Тем не менее, этот метод требует точного управления размером и направлением потока газа, в противном случае легко производить турбулентность и повреждение пула расплава, что приводит к тому, что процесс сварки трудно стабилизировать.

6) Фокусное расстояние объектива. Сварка обычно используется для фокусировки того, как лазерная сходимость, общий выбор 63 ~ 254 мм (2,5 '~ 10 ') фокусное расстояние линзы. Сфокусированный размер точки пропорциональна фокусному расстоянию, чем короче фокусное расстояние, тем меньше место. Но фокусное расстояние также влияет на глубину фокуса, то есть глубину фокала увеличивается одновременно с фокусным расстоянием, поэтому короткое фокусное расстояние может улучшить плотность мощности, но из -за небольшой глубины фокуса расстояние между линзой и заготовкой должно быть точно поддержано, а глубина плавления не является большим. Из -за влияния разбрызгивания, генерируемой во время процесса сварки и лазерного режима, фактическая сварка с использованием самой короткой глубины фокусировки более фокусной расстояния 126 мм (5 »). Когда шов большой или шов сварной шерсти, необходимо увеличить путем увеличения размера пятна, объектив с фокальной расстоянием 254 мм (10 » может быть выбран, в котором может быть выбранная поверхность.

Когда лазерная мощность превышает 2 кВт, особенно для лазерного пучка CO2 10,6 мкм, из -за использования специальных оптических материалов для формирования оптической системы, чтобы избежать риска оптического повреждения фокусирующей линзы, часто выбирают метод фокусировки отражения, обычно используя полированное медное зеркало для отражателя. Из -за эффективного охлаждения его часто рекомендуется для фокусировки лазерного луча с высокой мощностью.

7) Положение фокуса. Сварка, чтобы поддерживать достаточную плотность мощности, положение фокуса имеет решающее значение. Изменения в положении фокусной точки относительно поверхности заготовки напрямую влияют на ширину и глубину сварки. На рисунке 3 показано влияние позиции фокальной точки на глубину расплава и ширину шва 1018 стали. В большинстве лазерных сварных приложений фокусная точка обычно расположена приблизительно 1/4 желаемой глубины расплава под поверхностью заготовки.

8) Положение лазерного луча. Когда лазерная сварка различных материалов, положение лазерного луча контролирует конечное качество сварного шва, особенно в случае стыков, которые более чувствительны к этому, чем суставы на коленях. Например, когда закаленные стальные шестерни приварены к барабанам из мягкой стали, правильное управление положением лазерного луча будет способствовать производству сварного шва с преимущественно низким углеродным компонентом, что имеет лучшее сопротивление трещин. В некоторых приложениях геометрия заготовки, которая будет сварена, требует отклонения лазерного луча под углом. Когда угол отклонения между осью луча и плоскостью соединения находится в пределах 100 градусов, поглощение лазерной энергии заготовкой не будет затронуто.

9) Сварка начала и конечной точки лазерной мощности Постепенно повышение, постепенное управление снижением. Лазерная глубокая сварка, независимо от глубины сварного шва, всегда существует феномен небольших отверстий. Когда процесс сварки прекращается и выключатель питания выключается, в конце сварного шва появится кратер. Кроме того, когда лазерный сварочный слой охватывает исходный сварной шар, будет чрезмерное поглощение лазерного луча, что приведет к перегреву или пористости сварного шва.

Чтобы предотвратить вышеупомянутые явления, точки запуска мощности и остановки могут быть запрограммированы, чтобы время запуска и остановки мощности стало регулируемым, то есть начальная мощность в электронном виде увеличивается от нуля до установленного значения мощности за короткий период времени, и время сварки регулируется, и, наконец, мощность постепенно уменьшается от установленной мощности до нулевого значения при завершении сварочной сварки.