Лазерното заваряване може да се осъществи чрез непрекъснат или импулсен лазерен генератор. Принципът на лазерното заваряване може да се раздели на топлопроводимо заваряване и лазерно дълбоко сливане. Плътност на мощността по-малка от 104~105 W/cm2 е топлопроводимо заваряване, при което дълбочината на сливане и скоростта на заваряване са ниски; когато плътността на мощността е по-голяма от 105~107 W/cm2, металната повърхност се вдлъбва в "ключови отвори" под действието на топлината, образувайки дълбоко сливане, което се характеризира с висока скорост на заваряване и голямо съотношение дълбочина-ширина.
Днес ще разгледаме основно познанията за основните фактори, които влияят върху качеството на лазерното заваряване чрез дълбоко сливане.
1. Лазерна мощност
При лазерно заваряване с дълбоко сливане, мощността на лазера контролира както дълбочината на проникване, така и скоростта на заваряване. Дълбочината на заваряване е пряко свързана с плътността на мощността на лъча и е функция на мощността на падащия лъч и фокусното петно на лъча. Най-общо казано, за лазерен лъч с определен диаметър, дълбочината на проникване се увеличава с увеличаване на мощността на лъча.
2. Фокусно петно
Размерът на лъчевото петно е една от най-важните променливи при лазерното заваряване, защото определя плътността на мощността. Но измерването му е предизвикателство за лазерите с висока мощност, въпреки че съществуват много техники за индиректно измерване.
Размерът на дифракционното петно на фокуса на лъча може да се изчисли съгласно дифракционната теория, но действителният размер на петното е по-голям от изчислената стойност поради наличието на слабо фокално отражение. Най-простият метод за измерване е методът на изотемпературния профил, който измерва диаметъра на фокалното петно и перфорацията, след като дебелата хартия е изгорена и проникна през полипропиленова плоча. Чрез практиката на измерване, този метод овладява размера на лазерната мощност и времето на действие на лъча.
3. Защитен газ
Процесът на лазерно заваряване често използва защитни газове (хелий, аргон, азот) за защита на разтопената вана, предотвратявайки окисляването на детайла по време на заваряването. Втората причина за използването на защитен газ е защитата на фокусиращата леща от замърсяване с метални пари и разпрашване от течни капчици. Особено при високомощно лазерно заваряване, изхвърлянето става много мощно и е необходимо да се защити лещата. Третият ефект на защитния газ е, че той е много ефективен при разпръскване на плазмената екранировка, създадена от високомощно лазерно заваряване. Металните пари абсорбират лазерния лъч и се йонизират в плазмен облак. Защитният газ около металните пари също се йонизира поради топлината. Ако има твърде много плазма, лазерният лъч по някакъв начин се консумира от плазмата. Като втора енергия, плазмата съществува върху работната повърхност, което прави дълбочината на заварката по-плитка и повърхността на заваръчната вана по-широка.
Как да изберем подходящ защитен газ?
4. Скорост на абсорбция
Лазерното поглъщане на материала зависи от някои важни свойства на материала, като например скорост на поглъщане, отражателна способност, топлопроводимост, температура на топене и температура на изпаряване. Сред всички фактори най-важен е скоростта на поглъщане.
Два фактора влияят върху скоростта на поглъщане на лазерния лъч от материала. Първият е коефициентът на съпротивление на материала. Установено е, че скоростта на поглъщане на материала е пропорционална на корен квадратен от коефициента на съпротивление, а коефициентът на съпротивление варира в зависимост от температурата. Второ, състоянието на повърхността (или обработката) на материала има важно влияние върху скоростта на поглъщане на лъча, което има значителен ефект върху заваръчния ефект.
5. Скорост на заваряване
Скоростта на заваряване има голямо влияние върху дълбочината на проникване. Увеличаването на скоростта ще направи дълбочината на проникване по-плитка, но твърде ниската скорост ще доведе до прекомерно топене на материалите и заваряване на детайла. Следователно, съществува подходящ диапазон на скоростта на заваряване за определен материал с определена мощност на лазера и определена дебелина, като максималната дълбочина на проникване може да се постигне при съответната стойност на скоростта.
6. Фокусно разстояние на фокусната леща
Фокусна леща обикновено се монтира в главата на заваръчния пистолет, като обикновено се избира фокусно разстояние 63~254 мм (диаметър 2,5"~10"). Размерът на фокусното петно е пропорционален на фокусното разстояние, колкото по-късо е фокусното разстояние, толкова по-малко е петното. Дължината на фокусното разстояние обаче влияе и върху дълбочината на фокус, т.е. дълбочината на фокуса се увеличава синхронно с фокусното разстояние, така че късото фокусно разстояние може да подобри плътността на мощността, но тъй като дълбочината на фокус е малка, разстоянието между лещата и детайла трябва да се поддържа точно и дълбочината на проникване не е голяма. Поради влиянието на пръските и лазерния режим по време на заваряване, най-късата фокусна дълбочина, използвана при действително заваряване, е най-често 126 мм (диаметър 5"). Леща с фокусно разстояние 254 мм (диаметър 10") може да се избере, когато шевът е голям или заваръчният шев трябва да се увеличи чрез увеличаване на размера на петното. В този случай е необходима по-висока лазерна изходна мощност (плътност на мощността), за да се постигне ефект на дълбоко проникване.
Още въпроси относно цената и конфигурацията на ръчната лазерна заваръчна машина
Време на публикуване: 27 септември 2022 г.