Lazerli payvandlash jarayonining asosiy parametrlari

1) Lazer kuchi. Lazerli payvandlashda lazer energiyasi zichligi chegarasi mavjud bo'lib, undan pastda eritma chuqurligi sayoz bo'ladi va bu qiymatga erishilganda yoki oshib ketganda, eritma chuqurligi sezilarli darajada oshadi. Faqat ish qismidagi lazer quvvati zichligi chegaradan oshib ketganda (materialga bog'liq), plazma hosil bo'ladi, bu chuqur termoyadroviy payvandlashning barqarorligini ko'rsatadi. Agar lazer quvvati ushbu chegaradan past bo'lsa, ishlov beriladigan qism faqat sirt erishidan o'tadi, ya'ni payvandlash barqaror issiqlik uzatish turida davom etadi. Lazer quvvati zichligi kichik teshik hosil bo'lishining kritik holatiga yaqin bo'lsa, chuqur termoyadroviy payvandlash va o'tkazuvchan payvandlash bir-birini almashtiradi va beqaror payvandlash jarayonlariga aylanadi, bu esa eritma chuqurligida katta tebranishlarga olib keladi. Lazerli chuqur termoyadroviy payvandlashda lazer quvvati 1-rasmda ko'rsatilganidek, penetratsiya chuqurligini ham, payvandlash tezligini ham boshqaradi. Eritmaning payvandlash chuqurligi to'g'ridan-to'g'ri nur quvvati zichligiga bog'liq bo'lib, to'g'ridan-to'g'ri nurlanish kuchi va nurning fokus nuqtasi funktsiyasidir. Umuman olganda, lazer nurining ma'lum bir diametri uchun nurning kuchi ortishi bilan eritmaning chuqurligi ortadi.

2) Nurning fokusli nuqtasi. Nur nuqta o'lchami lazerli payvandlashda eng muhim o'zgaruvchilardan biridir, chunki u quvvat zichligini aniqlaydi. Biroq, ko'plab bilvosita o'lchash usullari allaqachon mavjud bo'lsa-da, uni o'lchash yuqori quvvatli lazerlar uchun qiyinchilik tug'diradi.

Nurning fokusli diffraktsiya chegarasi o'lchamini yorug'lik diffraktsiyasi nazariyasidan hisoblash mumkin, ammo fokuslovchi linzalarning aberatsiyasi mavjudligi sababli haqiqiy nuqta hisoblangan qiymatdan kattaroqdir. Eng oddiy haqiqiy o'lchash usuli izotermik profil usuli bo'lib, u qalin qog'ozli polipropilen plitani yondirib, kirib borganidan keyin fokusli nuqta va teshilish diametrini o'lchashdir. Bu usul lazer kuchining o'lchamini va nur ta'sirining vaqtini o'zlashtirib, amaliyot bilan o'lchanishi kerak.

3) Materialni yutish qiymati. Lazerning material tomonidan yutilishi materialning ba'zi muhim xususiyatlariga bog'liq, masalan, assimilyatsiya tezligi, yansıtıcılık, issiqlik o'tkazuvchanligi, erish harorati, bug'lanish harorati va boshqalar. Eng muhimi, yutilish tezligi.

Materialning lazer nuriga singish tezligiga ta'sir qiluvchi omillar ikkita jihatni o'z ichiga oladi: birinchidan, materialning qarshiligi. Materialning sayqallangan sirtining yutilish tezligini o'lchagandan so'ng, materialning yutilish tezligi qarshilik koeffitsientining kvadrat ildiziga mutanosib ekanligi aniqlandi, bu esa o'z navbatida harorat bilan o'zgaradi; ikkinchidan, materialning sirt holati (yoki tugatish) nurning assimilyatsiya tezligiga muhimroq ta'sir qiladi, shuning uchun payvandlash ta'siriga sezilarli ta'sir ko'rsatadi.

CO2 lazerining chiqish to'lqin uzunligi odatda 10,6 mkm, keramika, shisha, kauchuk, plastmassa va boshqa metall bo'lmaganlar xona haroratida uning assimilyatsiya tezligi juda yuqori, xona haroratidagi metall materiallar esa uning emilimi bo'yicha juda yomon, material bir marta eriguncha yoki hatto bug'lanib ketguncha, uning singishi keskin oshdi. Materialning nurga singishini yaxshilash uchun sirt qoplamasi yoki oksid plyonkasining sirt hosil qilish usulidan foydalanish juda samarali.

4) payvandlash tezligi. Payvandlash tezligi eritmaning chuqurligiga katta ta'sir qiladi, tezlikni oshirish eritish chuqurligini sayoz qiladi, lekin tezlik juda past va materialning haddan tashqari erishiga olib keladi, ishlov beriladigan qism payvandlanadi. Shuning uchun, ma'lum bir lazer kuchi va ma'lum bir materialning ma'lum bir qalinligi payvandlash tezligining mos diapazoniga ega va unda erishning maksimal chuqurligi bo'lganda mos keladigan tezlik qiymatini olish mumkin. 2-rasmda payvandlash tezligi va 1018 po'latning erish chuqurligi o'rtasidagi bog'liqlik berilgan.

5) Himoya gazi. Lazerli payvandlash jarayoni ko'pincha eritma hovuzini himoya qilish uchun inert gazdan foydalanadi, ba'zi materiallar sirt oksidlanishidan qat'iy nazar payvandlanganda, shuningdek, himoya qilishni hisobga olmaydi, lekin ko'pincha himoya qilish uchun geliy, argon, azot va boshqa gazlar ishlatiladi, shuning uchun payvandlash jarayonida ishlov beriladigan qism oksidlanishdan himoyalanadi.

Geliy osonlikcha ionlashtirilmaydi (ionlanish energiyasi yuqori), bu lazerning o'tishiga va nurlanish energiyasining ish qismi yuzasiga to'siqsiz etib borishiga imkon beradi. Bu lazerli payvandlashda ishlatiladigan eng samarali himoya gazdir, lekin qimmatroq.

Argon arzonroq va zichroq, shuning uchun u yaxshiroq himoya qiladi. Shu bilan birga, u yuqori haroratli metall plazma ionlanishiga moyil bo'lib, bu nurning bir qismini ishlov beriladigan qismga himoya qiladi, payvandlash uchun samarali lazer quvvatini kamaytiradi, shuningdek, payvandlash tezligi va eritma chuqurligini buzadi. Payvandlangan qismning yuzasi geliy himoyasiga qaraganda argon himoyasi bilan silliqroq bo'ladi.

Azot eng arzon himoya gazidir, lekin u zanglamaydigan po'latdan payvandlashning ba'zi turlari uchun mos emas, asosan metallurgiya muammolari, masalan, assimilyatsiya qilish, ba'zan lap zonasida porozlik hosil qiladi.

Himoya gazidan foydalanishning ikkinchi roli fokuslovchi linzalarni metall bug'ining ifloslanishidan va suyuq erigan tomchilarning sochilishidan himoya qilishdir. Bu, ayniqsa, yuqori quvvatli lazerli payvandlashda zarur bo'lib, u erda ejektor juda kuchli bo'ladi.

Himoya gazining uchinchi vazifasi shundaki, u yuqori quvvatli lazerli payvandlash natijasida hosil bo'lgan plazma himoyasini tarqatishda samarali bo'ladi. Metall bug'i lazer nurini o'ziga singdiradi va plazma bulutiga ionlanadi va metall bug'ining atrofidagi himoya gaz ham issiqlik ta'sirida ionlanadi. Agar plazma juda ko'p bo'lsa, lazer nurlari plazma tomonidan ma'lum darajada iste'mol qilinadi. Plazmaning ishchi yuzasida ikkinchi energiya sifatida mavjudligi eritmaning chuqurligini sayozroq va payvand chok yuzasini kengroq qiladi. Plazmadagi elektron zichligini kamaytirish uchun elektron-ion va neytral atom uch tana to'qnashuvi sonini ko'paytirish orqali elektron kompleksining tezligi ortadi. Neytral atom qanchalik engil bo'lsa, to'qnashuv chastotasi qanchalik baland bo'lsa, birikma tezligi shunchalik yuqori bo'ladi; boshqa tomondan, gazning o'zi ionlanishi tufayli elektron zichligini oshirmaslik uchun faqat himoya gazning yuqori ionlanish energiyasi.

Jadvaldan ko'rinib turibdiki, plazma bulutining o'lchami ishlatiladigan himoya gaziga qarab o'zgaradi, geliy eng kichik, undan keyin azot va argon ishlatilganda eng katta. Plazma hajmi qanchalik katta bo'lsa, erish chuqurligi shunchalik sayoz bo'ladi. Bu farqning sababi, birinchi navbatda, gaz molekulalarining ionlanish darajasining har xilligi, shuningdek, himoya gazlarining turli zichligi tufayli yuzaga keladigan metall bug'ining tarqalishidagi farq bilan bog'liq.

Geliy eng kam ionlangan va eng kam zich bo'lib, erigan metall hovuzidan ko'tarilgan metall bug'ini tezda yo'q qiladi. Shuning uchun geliyni himoya qiluvchi gaz sifatida ishlatish plazmani bostirishni maksimal darajada oshirishi mumkin, shu bilan eritma chuqurligini oshiradi va payvandlash tezligini oshiradi; uning engil vazni va qochish qobiliyati tufayli g'ovaklikka olib kelishi oson emas. Albatta, bizning haqiqiy payvandlash natijalarimizdan argon gazi bilan himoya qilish ta'siri yomon emas.

Pastki payvandlash tezligi zonasida erish chuqurligidagi plazma buluti eng aniq. Payvandlash tezligi oshganda, uning ta'siri zaiflashadi.

Himoya gazi ish qismi yuzasiga etib borish uchun ma'lum bir bosim ostida ko'krak teshigi orqali chiqariladi. Ko'krakning gidrodinamik shakli va chiqish diametrining o'lchami juda muhimdir. Payvandlash yuzasini qoplash uchun püskürtülmüş himoya gazni haydash uchun etarlicha katta bo'lishi kerak, lekin linzalarni samarali himoya qilish va metall bug'ining ifloslanishini yoki linzaga metall chayqalishini oldini olish uchun ko'krak hajmi ham cheklangan bo'lishi kerak. Oqim tezligini ham nazorat qilish kerak, aks holda himoya gazining laminar oqimi turbulent bo'lib, atmosfera erigan hovuzga aralashib, oxir-oqibat g'ovaklikni hosil qiladi.

Himoya ta'sirini yaxshilash uchun, shuningdek, qo'shimcha lateral puflash usuli mavjud, ya'ni kichikroq diametrli ko'krak orqali to'g'ridan-to'g'ri chuqur erigan payvandlash teshigiga ma'lum bir burchakka himoya gaz kiradi. Himoya gazi nafaqat ishlov beriladigan qismning yuzasida plazma bulutini bostiradi, balki teshikdagi plazmaga va kichik teshikning shakllanishiga ta'sir qiladi, termoyadroviy chuqurlikni yanada oshiradi va kerakli darajada chuqurroq va kengroq payvand chokini oladi. Biroq, bu usul gaz oqimining hajmi va yo'nalishini aniq nazorat qilishni talab qiladi, aks holda turbulentlik hosil qilish va eritma hovuziga zarar etkazish oson, natijada payvandlash jarayonini barqarorlashtirish qiyin.

6) Ob'ektivning fokus uzunligi. Payvandlash odatda lazer konvergentsiyasini yo'naltirish uchun ishlatiladi, linzalarning umumiy tanlovi 63 ~ 254 mm (2,5 '~ 10') fokus uzunligi. Fokuslangan nuqta o'lchami fokus uzunligiga mutanosib, fokus uzunligi qanchalik qisqa bo'lsa, nuqta kichikroq. Ammo fokus uzunligi fokus chuqurligiga ham ta'sir qiladi, ya'ni fokus chuqurligi fokus uzunligi bilan bir vaqtda ortadi, shuning uchun qisqa fokus uzunligi quvvat zichligini oshirishi mumkin, ammo kichik fokus chuqurligi tufayli linzalar va ish qismi orasidagi masofa aniq saqlanishi kerak va erish chuqurligi katta emas. Payvandlash jarayonida va lazer rejimida hosil bo'ladigan chayqalishning ta'siri tufayli, eng qisqa fokus chuqurligidan foydalangan holda haqiqiy payvandlash fokus uzunligi 126 mm (5 ') ko'proq. Chok katta bo'lganda yoki payvand choki nuqta o'lchamini oshirish orqali ko'paytirilishi kerak bo'lsa, fokus uzunligi 254 mm (10 ') bo'lgan linzalar, bu holatda yuqori quvvat (quvvat) tanlanishi mumkin. chuqur eritma kichik teshik effektiga erishish uchun.

Lazer quvvati 2 kVt dan oshganda, ayniqsa 10,6 mkm CO2 lazer nurlari uchun, optik tizimni shakllantirish uchun maxsus optik materiallardan foydalanish tufayli, fokuslash linzalariga optik shikastlanish xavfini oldini olish uchun ko'pincha aks ettiruvchi fokuslash usulini tanlang, odatda reflektor uchun jilolangan mis oynadan foydalaning. Samarali sovutish tufayli ko'pincha yuqori quvvatli lazer nurlarini fokuslash uchun tavsiya etiladi.

7) fokus nuqtasi holati. Payvandlash, etarli quvvat zichligini saqlab qolish uchun markazlashtirilgan nuqtaning holati juda muhimdir. Ishlov beriladigan qismning yuzasiga nisbatan markazlashtirilgan nuqtaning holatidagi o'zgarishlar payvand chokining kengligi va chuqurligiga bevosita ta'sir qiladi. 3-rasmda 1018 po'latdan yasalgan eritmaning chuqurligi va tikuv kengligidagi fokus nuqtasi pozitsiyasining ta'siri ko'rsatilgan. Ko'pgina lazerli payvandlash ilovalarida fokus nuqtasi odatda ishlov beriladigan qism yuzasi ostida kerakli eritma chuqurligining taxminan 1/4 qismiga joylashtiriladi.

8) Lazer nurlarining joylashishi. Turli materiallarni lazer bilan payvandlashda, lazer nurlarining holati payvandning yakuniy sifatini nazorat qiladi, ayniqsa, bu bo'g'inlarga nisbatan ko'proq sezgir bo'lgan payvand choklarida. Misol uchun, qotib qolgan po'latdan yasalgan tishli g'ildiraklar yumshoq po'lat barabanlarga payvandlanganda, lazer nurlarining holatini to'g'ri nazorat qilish, asosan, past uglerodli komponentli payvandni ishlab chiqarishni osonlashtiradi, bu esa yorilishga yaxshi qarshilik ko'rsatadi. Ba'zi ilovalarda payvandlanadigan ishlov beriladigan qismning geometriyasi lazer nurining burchakka burilishini talab qiladi. Nur o'qi va qo'shma tekislik o'rtasidagi burilish burchagi 100 daraja ichida bo'lsa, lazer energiyasini ishlov beriladigan qism tomonidan yutilishi ta'sir qilmaydi.

9) Lazer quvvatining bosqichma-bosqich ko'tarilishi, asta-sekin pasayish nazoratining payvandlash boshlanishi va tugash nuqtasi. Lazerli chuqur termoyadroviy payvandlash, payvandning chuqurligidan qat'i nazar, kichik teshiklar fenomeni doimo mavjud. Payvandlash jarayoni tugatilganda va quvvat tugmasi o'chirilganda, payvandning oxirida krater paydo bo'ladi. Bunga qo'shimcha ravishda, lazerli payvandlash qatlami asl payvandni qoplaganida, lazer nurining haddan tashqari emilimi bo'ladi, natijada payvandning haddan tashqari qizishi yoki porozitesi bo'ladi.

Yuqoridagi hodisalarning oldini olish uchun quvvatni ishga tushirish va to'xtatish nuqtalarini shunday dasturlash mumkinki, quvvat ishga tushirish va to'xtash vaqtlari sozlanishi, ya'ni ishga tushirish quvvati qisqa vaqt ichida noldan o'rnatilgan quvvat qiymatiga elektron tarzda oshiriladi va payvandlash vaqti sozlanadi va nihoyat, payvandlash tugagach, quvvat asta-sekin o'rnatilgan quvvatdan nol qiymatga kamayadi.