Lazer Kaynak Ana İşlem Parametreleri

1) Lazer Gücü. Lazer kaynağında bir lazer enerji yoğunluğu eşiği vardır, aşağıda eriyik derinliğinin sığ olduğu ve bu değer ulaşıldığında veya aşıldığında eriyik derinliği önemli ölçüde artar. Sadece iş parçasındaki lazer güç yoğunluğu eşiği (malzemeye bağlı) aştığında, derin füzyon kaynağının stabilizasyonunu işaret eden plazma üretilir. Lazer gücü bu eşiğin altındaysa, iş parçası sadece yüzey erimesine maruz kalır, yani kaynak sabit bir ısı transfer tipinde ilerler. Lazer güç yoğunluğu, küçük delik oluşumunun kritik durumuna yakın olduğunda, derin füzyon kaynağı ve iletim kaynağı alternatifi ve kararsız kaynak işlemleri haline gelerek eriyik derinliğinde büyük dalgalanmalara neden olur. Lazer derin füzyon kaynağında, lazer güç, Şekil 1'de gösterildiği gibi hem penetrasyon derinliğini hem de kaynak hızını kontrol eder. Eriyik kaynak derinliği doğrudan ışın gücü yoğunluğu ile ilişkilidir ve olay ışını gücü ve ışın odak noktasının bir fonksiyonudur. Genel olarak, lazer ışınının belirli bir çapı için, ışın gücü arttıkça eriyik derinliği artar.

2) Işın odak noktası. Kiriş noktası boyutu, güç yoğunluğunu belirlediği için lazer kaynağındaki en önemli değişkenlerden biridir. Bununla birlikte, ölçümü yüksek güçlü lazerler için bir zorluktur, ancak birçok dolaylı ölçüm tekniği zaten mevcuttur.

Işın odak kırınım sınırı nokta boyutu ışık kırınım teorisinden hesaplanabilir, ancak odaklama lens sapmasının varlığı nedeniyle gerçek nokta hesaplanan değerden daha büyüktür. En basit gerçek ölçüm yöntemi, bir polipropilen plakayı kalın kağıtla yaktıktan ve nüfuz ettikten sonra odak noktası ve perforasyon çapını ölçmek için izotermal profil yöntemidir. Bu yöntem, lazer gücünün boyutuna ve ışın hareketinin zamanına hakim olan uygulama ile ölçülmelidir.

3) Malzeme emilim değeri. Lazerin malzeme tarafından emilimi, emilim oranı, yansıtma, termal iletkenlik, erime sıcaklığı, buharlaşma sıcaklığı vb. Gibi malzemenin bazı önemli özelliklerine bağlıdır. En önemlisi emilim oranıdır.

Malzemenin lazer ışına emilim oranını etkileyen faktörler iki yönü içerir: birincisi, malzemenin direnci. Malzemenin cilalı yüzeyinin absorpsiyon oranının ölçülmesinden sonra, malzeme emme oranının, direnç katsayısının kare kökü ile orantılı olduğu ve bu da sıcaklığa göre değiştiği bulunmuştur; İkincisi, malzemenin yüzey durumu (veya kaplaması), ışının emilim oranı üzerinde daha önemli bir etkiye sahiptir, böylece kaynak etkisi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

CO2 lazer çıkış dalga boyu genellikle 10.6μm, seramik, cam, kauçuk, plastik ve oda sıcaklığında emilim oranında çok yüksektir, emiliminde oda sıcaklığında metal malzemeler çok zayıftır, malzeme eritilen veya buharlaşana kadar emilimi keskin bir şekilde artmıştır. Malzemenin kirişe emilimini geliştirmek için yüzey kaplamanın veya yüzey oksit film yönteminin kullanılması çok etkilidir.

4) Kaynak hızı. Kaynak hızı eriyik derinliği üzerinde büyük bir etkiye sahiptir, hızın artması eriyik sığ derinliğini yapar, ancak hız çok düşüktür ve malzemenin aşırı erimesine yol açar, iş parçasının kaynağı. Bu nedenle, belirli bir lazer gücü ve belirli bir malzemenin belirli bir kalınlığı, uygun bir kaynak hızı aralığına sahiptir ve maksimum eriyik derinliği olduğunda karşılık gelen hız değerinin elde edilebileceği. Şekil 2, kaynak hızı ve 1018 çelik eriyik derinliği arasındaki ilişkiyi vermektedir.

5) Koruyucu Gaz. Lazer kaynak işlemi, yüzey oksidasyonundan bağımsız olarak bazı malzemeler kaynaklı olduğunda, eriyik havuzunu korumak için sıklıkla inert gaz kullanır, ancak çoğu uygulama için çoğu uygulama için helyum, argon, azot ve diğer gazları koruma için kullanılır, böylece kaynak işlemi sırasında oksidasyondan iş çıkarır.

Helyum kolayca iyonize olmaz (iyonizasyon enerjisi yüksektir), bu da lazerin geçmesine izin verir ve ışın enerjisinin iş parçasının yüzeyine ulaşılamaması. Lazer kaynağında kullanılan en etkili ekranlama gazıdır, ancak daha pahalıdır.

Argon daha ucuz ve daha yoğundur, bu yüzden daha iyi korur. Bununla birlikte, ışının bir kısmını iş parçasına korumaya neden olan, kaynak için etkili lazer gücünü azaltan ve ayrıca kaynak hızını ve eriyik derinliğini bozan yüksek sıcaklıklı metal plazma iyonizasyonuna duyarlıdır. Kaynaklı parçanın yüzeyi, argon koruması ile helyum korumasından daha pürüzsüzdür.

Azot en ucuz ekranlı gazdır, ancak esas olarak bazen LAP bölgesinde gözeneklilik üreten emilim gibi metalurjik problemler nedeniyle bazı paslanmaz çelik kaynak türleri için uygun değildir.

Bir koruyucu gaz kullanmanın ikinci rolü, odaklama lensi metal buhar kontaminasyonundan ve sıvı erimiş damlacıkların püskürtülmesinden korumaktır. Bu, özellikle ejectanın çok güçlü hale geldiği yüksek güçlü lazer kaynağında gereklidir.

Koruyucu gazın üçüncü bir işlevi, yüksek güçlü lazer kaynağı tarafından üretilen plazma korumasının dağıtılmasında etkili olmasıdır. Metal buhar lazer ışını emer ve bir plazma bulutuna iyonize olur ve metal buharın etrafındaki koruyucu gaz da ısı ile iyonlaştırılır. Çok fazla plazma varsa, lazer ışını plazma tarafından bir dereceye kadar tüketilir. Çalışma yüzeyinde ikinci bir enerji olarak plazmanın varlığı, eriyik daha sığ ve kaynak havuzu yüzeyinin derinliğini daha genişletir. Plazmadaki elektron yoğunluğunu azaltmak için elektron-iyon ve nötr atomlu üç gövde çarpışmalarının sayısını artırarak elektron kompleksleme hızı arttırılır. Nötr atom ne kadar açık olursa, çarpışma frekansı ne kadar yüksek olursa, bileşik hızı o kadar yüksek olur; Öte yandan, gazın kendisinin iyonizasyonu nedeniyle elektron yoğunluğunu arttırmamak için sadece koruyucu gazın yüksek iyonizasyon enerjisi.

Tablodan görülebileceği gibi, plazma bulut boyutu kullanılan koruyucu gaza göre değişir, helyum en küçük olan, bunu azot ve argon kullanıldığında en büyüğüdür. Plazma boyutu ne kadar büyük olursa, erime derinliği daha sığ olur. Bu farkın nedeni, öncelikle gaz moleküllerinin farklı iyonizasyon derecesi ve ayrıca koruyucu gazların farklı yoğunluklarının neden olduğu metal buharın difüzyonundaki farktan kaynaklanmaktadır.

Helyum en az iyonize ve en az yoğundur ve yükselen metal buharı erimiş metal havuzdan hızla giderir. Bu nedenle, helyumun koruyucu bir gaz olarak kullanılması, plazmanın baskılanmasını en üst düzeye çıkarabilir, böylece eriyik derinliğini artırabilir ve kaynak hızını iyileştirebilir; Hafifliği ve kaçma yeteneği nedeniyle gözenekliliğe neden olmak kolay değildir. Tabii ki, gerçek kaynak sonuçlarımızdan, argon gazı ile korumanın etkisi kötü değildir.

Düşük kaynak hız bölgesinde eriyik derinliğinde plazma bulutu en belirgindir. Kaynak hızı arttığında, etkisi zayıflayacaktır.

Koruyucu gaz, iş parçası yüzeyine ulaşmak için belirli bir basınçta nozul açıklığı yoluyla çıkarılır. Memenin hidrodinamik şekli ve çıkışın çapının boyutu çok önemlidir. Püskürtülen koruyucu gazın kaynak yüzeyini kapsayacak kadar büyük olması gerekir, ancak merceği etkili bir şekilde korumak ve lensin metal buharı kontaminasyonunu veya metal sıçramasını önlemek için nozul boyutu da sınırlı olmalıdır. Akış hızı da kontrol edilmelidir, aksi takdirde koruyucu gazın laminer akışı çalkantılı hale gelir ve atmosfer erimiş havuza dahil olur ve sonunda gözeneklilik oluşturur.

Koruma etkisini geliştirmek için, ayrıca mevcut ek yanal üfleme yolu, yani daha küçük çaplı bir nozuldan, doğrudan derin erimiş kaynak deliğine belirli bir açıdan koruyucu gaz olacaktır. Koruyucu gaz sadece iş parçasının yüzeyindeki plazma bulutunu bastırmakla kalmaz, aynı zamanda küçük deliğin plazma ve oluşumu üzerinde bir etki yaratır, füzyon derinliğini daha da arttırır ve istenenden daha derin ve daha geniş bir kaynak dikişi elde eder. Bununla birlikte, bu yöntem gaz akışı büyüklüğü ve yönünün hassas kontrolünü gerektirir, aksi takdirde türbülans üretmek ve eriyik havuzuna zarar vermek kolaydır, bu da kaynak işleminin stabilize edilmesi zordur.

6) lens odak uzunluğu. Kaynak genellikle lazer yakınsamasına, genel seçim 63 ~ 254mm (2.5 '~ 10 ') odak uzunluğunun odak uzunluğuna odaklanmak için kullanılır. Odaklanmış nokta boyutu odak uzunluğu ile orantılıdır, odak uzunluğu ne kadar kısa olursa, o kadar küçük olur. Ancak odak uzunluğu, odak derinliğini de etkiler, yani odak derinliği odak uzunluğu ile aynı anda artar, bu nedenle kısa odak uzunluğu güç yoğunluğunu iyileştirebilir, ancak küçük odak derinliği nedeniyle, lens ve iş parçası arasındaki mesafe doğru şekilde korunmalı ve eritme derinliği büyük değildir. Kaynak işlemi ve lazer modu sırasında üretilen sıçramanın etkisi nedeniyle, en kısa odak derinliğini kullanarak gerçek kaynak daha fazla odak uzunluğu 126mm (5 '). Dikiş büyük olduğunda veya nokta boyutunu artırarak, 254mm (10 ') odak uzunluğu olan bir lens, daha yüksek bir lazer güce sahipliği (10 '), daha yüksek bir lazer gücü sağlayabilir, bu da daha yüksek bir lazer gücü elde edilebilir, daha yüksek bir lazer gücü elde edilebilir, bu da daha yüksek bir lazer gücü elde edilebilir. etki.

Lazer gücü, özellikle 10.6μm CO2 lazer ışını için 2KW'yi aştığında, optik sistemi oluşturmak için özel optik malzemelerin kullanılması nedeniyle, odaklama lensinde optik hasar riskini önlemek için genellikle yansıma odaklama yöntemini seçin, genellikle yansıtıcı için cilalı bakır aynasını kullanır. Etkili soğutma nedeniyle, genellikle yüksek güçlü lazer ışını odaklama için önerilir.

7) Odak noktası konumu. Kaynak, yeterli güç yoğunluğunu korumak için odak noktası konumu kritiktir. İş parçası yüzeyine göre odak noktasının konumundaki değişiklikler doğrudan kaynak genişliğini ve derinliğini etkiler. Şekil 3, odak noktası pozisyonunun 1018 çeliğin eriyik ve dikiş genişliği üzerindeki etkisini göstermektedir. Çoğu lazer kaynak uygulamasında, odak noktası tipik olarak istenen eriyik derinliğinin yaklaşık 1/4'ü iş parçası yüzeyinin altına yerleştirilir.

8) Lazer ışını konumu. Lazer kaynağında farklı malzemeler kaynağında, lazer ışını konumu, özellikle buna daha duyarlı olan popo eklemleri durumunda, kaynağın nihai kalitesini kontrol eder. Örneğin, sertleştirilmiş çelik dişliler yumuşak çelik davullara kaynak yapıldığında, lazer ışını konumunun uygun kontrolü, daha iyi çatlak direncine sahip ağırlıklı olarak düşük karbon bileşenine sahip bir kaynağın üretimini kolaylaştıracaktır. Bazı uygulamalarda, kaynaklanacak iş parçasının geometrisi, lazer ışınının bir açıyla saptırılmasını gerektirir. Kiriş ekseni ve eklem düzlemi arasındaki sapma açısı 100 derece içinde olduğunda, lazer enerjisinin iş parçası tarafından emilmesi etkilenmeyecektir.

9) Lazer güç kademeli yükselişi, kademeli düşüş kontrolünün kaynak başlatma ve bitiş noktası. Lazer derin füzyon kaynağı, kaynağın derinliğine bakılmaksızın, küçük deliklerin fenomeni her zaman mevcuttur. Kaynak işlemi sonlandırıldığında ve güç anahtarı kapatıldığında, kaynağın sonunda bir krater görünecektir. Ek olarak, lazer kaynak tabakası orijinal kaynağı kapladığında, lazer ışınının aşırı emilimi olacaktır, bu da kaynağın aşırı ısınmasına veya gözenekliliğine neden olur.

Yukarıdaki fenomenleri önlemek için, güç başlatma ve durdurma noktaları, güç başlatma ve durma sürelerinin ayarlanabilir hale gelmesi için programlanabilir, yani başlangıç ​​gücü kısa bir süre içinde elektronik olarak sıfırdan ayarlanır ve kaynak süresi ayarlanır ve son olarak, kaynak sonlandırıldığında set gücünden sıfır değerine yavaş yavaş azaltılır.