Glavni parametri laserskega varjenja

1) Laserska moč. Pri laserskem varjenju je prag laserske gostote energije, pod katerim je globina taline plitva, in ko je ta vrednost dosežena ali presežena, se globina taline znatno poveča. Šele ko laserska gostota moči na obdelovancu presega prag (odvisna od materiala), nastane plazma, ki označuje stabilizacijo globokega fuzijskega varjenja. Če je laserska moč pod tem pragom, se obdelovanca samo na površini taljenje, tj. Varčevanje poteka v stabilnem tipu prenosa toplote. Kadar je gostota laserske moči blizu kritičnega stanja tvorbe majhnih lukenj, se izmenično varjenje z globokim fuzijskim varjenjem in prevodnimi postopki varjenja postanejo nestabilni varilni procesi, kar ima za posledico velika nihanja globine taline. Pri laserskem globokem fuzijskem varjenju laserska moč nadzoruje tako globino penetracije kot hitrost varjenja, kot je prikazano na sliki 1. Globina varjenja taline je neposredno povezana z gostoto moči žarka in je funkcija moči in žarišča vpadnega žarka. Na splošno se za določen premer laserskega žarka globina taline povečuje, ko se moč žarka povečuje.

2) žarišče žarka. Velikost točke žarka je ena najpomembnejših spremenljivk pri laserskem varjenju, saj določa gostoto moči. Vendar pa je njegova meritev izziv za laserje z visoko močjo, čeprav so že na voljo številne posredne merilne tehnike.

Mejna mejna mejna točka žarka žarka se lahko izračuna iz teorije svetlobne difrakcije, vendar je dejanska točka večja od izračunane vrednosti zaradi prisotnosti aberacije ostrenja leče. Najpreprostejša realna metoda merjenja je metoda izotermalnega profila, ki je merjenje premera žarišč in perforacije po izgorevanju in prodiranju po polipropilenski plošči z debelim papirjem. To metodo je treba izmeriti s prakso, obvladovanje velikosti laserske moči in časa delovanja žarka.

3) Vrednost absorpcije materiala. Absorpcija laserja s materialom je odvisna od nekaterih pomembnih lastnosti materiala, kot so hitrost absorpcije, odbojnost, toplotna prevodnost, temperatura taljenja, temperatura izhlapevanja itd. Najpomembnejša je hitrost absorpcije.

Dejavniki, ki vplivajo na hitrost absorpcije materiala na laserski žarek, vključujejo dva vidika: prvič, upornost materiala. Po merjenju hitrosti absorpcije polirane površine materiala je ugotovljeno, da je hitrost absorpcije materiala sorazmerna s kvadratnim korenjem koeficienta upornosti, ki se posledično spreminja glede na temperaturo; Drugič, površinsko stanje (ali zaključek) materiala ima pomembnejši vpliv na hitrost absorpcije žarka in tako pomembno vpliva na učinek varjenja.

CO2 laserska izhodna valovna dolžina je običajno 10,6 μm, keramika, stekla, guma, plastika in druge nedelje na njeni absorpcijski hitrosti pri sobni temperaturi so zelo visoki, medtem ko so kovinski materiali pri sobni temperaturi pri absorpciji zelo slabi, dokler se material, ko se enkrat stopi, se je absorpcija močno povečala. Uporaba površinske prevleke ali nastajanja površinske metode oksidnega filma za izboljšanje absorpcije materiala na žarek je zelo učinkovita.

4) Hitrost varjenja. Hitrost varjenja ima velik vpliv na globino taline, povečanje hitrosti bo globina taline plitva, vendar je hitrost prenizka in bo vodila do prekomernega taljenja materiala, zvara za obdelovanca. Zato imata določena laserska moč in določena debelina določenega materiala primeren obseg hitrosti varjenja in v kateri je mogoče dobiti ustrezno vrednost hitrosti, ko je največja globina taline. Slika 2 prikazuje razmerje med hitrostjo varjenja in globino taline 1018 jekla.

5) Zaščitni plin. Proces laserskega varjenja pogosto uporablja inertni plin za zaščito bazena taline, ko nekateri materiali zvarjeni ne glede na površinsko oksidacijo, potem tudi ne upoštevajo zaščite, vendar se za večino aplikacij pogosto uporabljajo helij, argon, dušik in druge pline za zaščito, tako da je obdelovalnik med oksidacijo med postopkom varjenja.

Helij ni enostavno ioniziran (ionizacijska energija je visoka), kar omogoča, da laser prehaja skozi in energija žarka doseže površino obdelovanca. Je najučinkovitejši zaščitni plin, ki se uporablja pri laserskem varjenju, vendar je dražji.

Argon je cenejši in bolj gost, zato bolje ščiti. Vendar je dovzetna za visokotemperaturno kovinsko plazemsko ionizacijo, kar ima za posledico zaščito dela žarka do obdelovanja, zmanjšanje učinkovite laserske moči za varjenje in tudi oslabi hitrost varjenja in globino taline. Površina varjenega dela je bolj gladka z zaščito argona kot z zaščito helija.

Dušik je najcenejši zaščitni plin, vendar ni primeren za nekatere vrste varjenja iz nerjavečega jekla, predvsem zaradi metalurških težav, kot je absorpcija, ki včasih proizvaja poroznost v območju kroga.

Druga vloga uporabe zaščitnega plina je zaščita fokusnega leče pred onesnaženjem kovinskih hlapov in brizganja tekočih staljenih kapljic. To je še posebej potrebno pri laserskem varjenju z visoko močjo, kjer izmet postane zelo močan.

Tretja funkcija zaščitnega plina je, da je učinkovit pri razprševanju plazemskega zaščite, ki ga proizvaja lasersko varjenje z visoko močjo. Kovinski parni absorbira laserski žarek in ionizira v plazemski oblak, zaščitni plin okoli kovinske pare pa je ioniziran tudi s toploto. Če je prisotnih preveč plazme, plazma do neke mere zaužije laserski žarek. Prisotnost plazme kot druge energije na delovni površini je globina taline plitvejšega in površine zvarnega bazena širša. Stopnja kompleksa elektronov se poveča s povečanjem števila trkov elektronov-ionov in nevtralnih atomov, da se zmanjša gostota elektronov v plazmi. Čim lažji je nevtralni atom, višja je frekvenca trka, višja je hitrost spojine; Po drugi strani pa le visoka ionizacijska energija zaščitnega plina, da ne bi povečala gostote elektronov zaradi ionizacije samega plina.

Kot je razvidno iz tabele, se velikost oblaka v plazmi spreminja glede na uporabljeni zaščitni plin, pri čemer je helij najmanjši, sledi dušik in največji, ko se uporablja argon. Večja je velikost plazme, plitvejša je globina taljenja. Razlog za to razliko je najprej posledica različne stopnje ionizacije molekul plina in tudi zaradi razlike v difuziji kovinskih hlapov, ki jo povzročajo različne gostote zaščitnih plinov.

Helij je najmanj ioniziran in najmanj gost in hitro razblini naraščajoči kovinski pari iz staljenega kovinskega bazena. Zato lahko uporaba helija kot zaščitnega plina poveča zatiranje plazme in s tem poveča globino taline in izboljša hitrost varjenja; Zaradi lahke teže in sposobnosti pobega ni enostavno povzročiti poroznosti. Seveda iz naših dejanskih rezultatov varjenja učinek zaščite z argonskim plinom ni slab.

Plazemski oblak na globini taline v območju nizke hitrosti varjenja je najbolj očiten. Ko se hitrost varjenja poveča, bo njegov vpliv oslabljen.

Zaščitni plin se odvzame skozi odpiranje šobe ob določenem tlaku, da doseže površino obdelovanca. Hidrodinamična oblika šobe in velikost premera vtičnice sta zelo pomembna. Mora biti dovolj velik, da lahko poganja razpršeni zaščitni plin, da pokrije varilno površino, vendar za učinkovito zaščito objektiva in preprečevanje poškodb kovinskih hlapov ali poškodb kovinskega škropljenja objektiva mora biti tudi velikost šobe omejena. Tudi hitrost pretoka je treba nadzorovati, sicer pa laminarni pretok zaščitnega plina postane turbulenten in atmosfera se vključi v staljeni bazen, sčasoma tvori poroznost.

Da bi izboljšali učinek zaščite, bo tudi na voljo dodaten bočni način pihanja, to je, da bo skozi šobo manjšega premera zaščitni plin do določenega kota neposredno v luknjo z globokim staljenim zvarjem. Zaščitni plin ne samo zavira plazemski oblak na površini obdelovanca, ampak tudi vpliva na plazmo v luknji in na tvorbo majhne luknje, kar še poveča globino fuzije in pridobi globlji in širši varilni šiv, kot je zaželeno. Vendar pa ta metoda zahteva natančen nadzor velikosti in smeri pretoka plina, sicer je enostavno proizvajati turbulence in poškodovati bazen taline, kar ima za posledico, da je postopek varjenja težko stabilizirati.

6) goriščna razdalja leč. Varjenje se običajno uporablja za usmerjanje načina laserske konvergence, splošne izbire 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10 ') goriščne razdalje leče. Usmerjena velikost točke je sorazmerna z goriščno razdaljo, krajša je goriščna razdalja, manjša je mesto. Toda goriščna razdalja vpliva tudi na žariščno globino, to je, da se žariščna globina hkrati poveča z goriščno razdaljo, tako da lahko kratka goriščna razdalja izboljša gostoto moči, vendar zaradi majhne žariščne globine mora biti razdalja med lečo in oblogo natančno vzdrževati, globina taljenja pa ni velika. Zaradi vpliva škropljenja, ki nastane med postopkom varjenja in laserskega načina, je dejansko varjenje z najkrajšo globino osredotočenosti bolj goriščne razdalje 126 mm (5 '). Kadar je šiv velik ali je treba zvarni šiv povečati, lahko se izbere leča z goriščno dolžino 254 mm (10 '). stopite majhen učinek luknje.

Kadar laserska moč presega 2kW, zlasti za 10,6 μm CO2 laserskega žarka zaradi uporabe posebnih optičnih materialov za oblikovanje optičnega sistema, da se izognete tveganju optične poškodbe leče, ki se osredotoča, pogosto izberete metodo refleksnega fokusiranja, na splošno z uporabo poliranega bakrenega ogledala za reflektor. Zaradi učinkovitega hlajenja ga pogosto priporočamo za fokusiranje laserskega žarka z visoko močjo.

7) položaj žariščne točke. Varjenje, da bi ohranili zadostno gostoto moči, je položaj žariščne točke ključnega pomena. Spremembe položaja žariščne točke glede na površino obdelovanca neposredno vplivajo na širino in globino zvara. Slika 3 prikazuje vpliv položaja žariščne točke na globino taline in širine šiva 1018 jekla. V večini aplikacij za lasersko varjenje je žarišče običajno nameščeno približno 1/4 želene globine taline pod površino obdelovanca.

8) Položaj laserskega žarka. Ko lasersko varjenje različnih materialov, položaj laserskega žarka nadzoruje končno kakovost zvara, zlasti v primeru zadnjičnih spojev, ki so na to bolj občutljivi kot krožni sklepi. Na primer, ko utrjene jeklene zobnike varimo na blage jeklene bobne, bo pravilno nadzor položaja laserskega žarka olajšal proizvodnjo zvara s pretežno nizko ogljikovo komponento, ki ima boljšo odpornost na razpoko. V nekaterih aplikacijah je geometrija obdelovanca, ki jo je treba variti, potrebno, da se laserski snop odbije s kotom. Kadar je kot odklona med osi žarka in sklepno ravnino znotraj 100 stopinj, na absorpcijo laserske energije z obdelovancem ne bo vplivala.

9) Začetek in končna točka varjenja postopnega dviga laserske moči, postopnega nadzora upada. Lasersko globoko fuzijsko varjenje, ne glede na globino zvara, vedno obstaja pojav majhnih lukenj. Ko se postopek varjenja konča in se stikalo za vklop izklopi, se bo na koncu zvara pojavil krater. Poleg tega, ko laserski varilni sloj pokriva prvotni zvar, bo prišlo do prekomerne absorpcije laserskega žarka, kar bo povzročilo pregrevanje ali poroznost zvara.

Da bi preprečili zgornje pojave, se lahko točke za zagon in zaustavitve moči programiramo tako, da se moč in zaustavitveni časi nastanejo, tj. Izhodiščna moč se v kratkem času elektronsko poveča z ničla na nastavljeno vrednost moči in se čas varjenja prilagodi in na koncu se moč postopoma zmanjšuje od nastavitvene moči, ko se varjenje, ko se varjenje preneha.