Laserové svařování lze realizovat kontinuálním nebo pulzním laserovým generátorem. Princip laserového svařování lze rozdělit na tepelné vedení a laserové hluboké tavné svařování. Hustota výkonu menší než 104~105 W/cm2 je tepelné vedení, v tomto okamžiku je hloubka tavení a rychlost svařování pomalá; když je hustota výkonu větší než 105~107 W/cm2, kovový povrch se působením tepla prohne do "klíčových dírek", čímž vzniká hluboké tavné svařování, které se vyznačuje vysokou rychlostí svařování a velkým poměrem hloubky k šířce.
Dnes se budeme zabývat především znalostmi hlavních faktorů, které ovlivňují kvalitu laserového hlubokého tavného svařování.
1. Výkon laseru
Při laserovém svařování hlubokou fúzí řídí výkon laseru jak hloubku průniku, tak rychlost svařování. Hloubka svaru přímo souvisí s hustotou výkonu paprsku a je funkcí výkonu dopadajícího paprsku a ohniska paprsku. Obecně řečeno, pro laserový paprsek určitého průměru se hloubka průniku zvyšuje se zvyšujícím se výkonem paprsku.
2. Ohnisková skvrna
Velikost paprskového bodu je jednou z nejdůležitějších proměnných při laserovém svařování, protože určuje hustotu výkonu. Její měření je však u vysoce výkonných laserů náročné, ačkoli existuje mnoho nepřímých měřicích technik.
Mezní velikost difrakční skvrny v ohnisku paprsku lze vypočítat podle difrakční teorie, ale skutečná velikost skvrny je větší než vypočítaná hodnota kvůli špatnému odrazu v ohnisku. Nejjednodušší metodou měření je metoda izoteplotního profilu, která měří průměr ohniskové skvrny a perforaci po spálení silného papíru a jeho průniku skrz polypropylenovou desku. Tato metoda prostřednictvím měření umožňuje určit velikost laserového výkonu a dobu působení paprsku.
3. Ochranný plyn
Proces laserového svařování často používá ochranné plyny (helium, argon, dusík) k ochraně roztavené lázně, čímž zabraňuje oxidaci obrobku během svařovacího procesu. Druhým důvodem pro použití ochranného plynu je ochrana zaostřovací čočky před kontaminací kovovými parami a rozprašováním kapkami kapaliny. Zejména při vysoce výkonném laserovém svařování se výron stává velmi silným, je nutné čočku chránit. Třetím účinkem ochranného plynu je, že je velmi účinný při rozptylu plazmového stínění vytvořeného vysoce výkonným laserovým svařováním. Kovové páry absorbují laserový paprsek a ionizují do plazmového oblaku. Ochranný plyn kolem kovových pár také ionizuje v důsledku tepla. Pokud je plazmy příliš mnoho, laserový paprsek je nějakým způsobem spotřebován plazmou. Jako druhá energie se na pracovním povrchu nachází plazma, která zmenšuje hloubku svaru a rozšiřuje povrch svarové lázně.
Jak vybrat správný ochranný plyn?
4. Míra absorpce
Absorpce laserového záření materiálem závisí na některých důležitých vlastnostech materiálu, jako je míra absorpce, odrazivost, tepelná vodivost, teplota tání a teplota vypařování. Ze všech faktorů je nejdůležitější míra absorpce.
Dva faktory ovlivňují míru absorpce laserového paprsku materiálem. Prvním je koeficient odporu materiálu. Zjistilo se, že míra absorpce materiálu je úměrná druhé odmocnině koeficientu odporu a koeficient odporu se mění s teplotou. Za druhé, stav povrchu (nebo úprava) materiálu má důležitý vliv na míru absorpce paprsku, což má významný vliv na svařovací účinek.
5. Rychlost svařování
Rychlost svařování má velký vliv na hloubku průvaru. Zvýšení rychlosti sice zúží hloubku průvaru, ale příliš nízká rychlost povede k nadměrnému tavení materiálů a provaření obrobku. Proto existuje vhodný rozsah rychlostí svařování pro konkrétní materiál s určitým výkonem laseru a určitou tloušťkou a maximální hloubky průvaru lze dosáhnout při odpovídající hodnotě rychlosti.
6. Ohnisková vzdálenost zaostřovacího objektivu
V hlavě svařovací pistole se obvykle instaluje zaostřovací čočka, obvykle se volí ohnisková vzdálenost 63~254 mm (průměr 2,5"~10"). Velikost zaostřovacího bodu je úměrná ohniskové vzdálenosti, čím kratší ohnisková vzdálenost, tím menší bod. Délka ohniskové vzdálenosti však také ovlivňuje hloubku ostrosti, tj. hloubka ostrosti se synchronně zvětšuje s ohniskovou vzdáleností, takže krátká ohnisková vzdálenost může zlepšit hustotu výkonu, ale protože hloubka ostrosti je malá, musí být vzdálenost mezi čočkou a obrobkem přesně udržována a hloubka průniku není velká. Vzhledem k vlivu rozstřiku a laserového režimu během svařování je nejkratší ohnisková hloubka používaná při skutečném svařování většinou 126 mm (průměr 5"). Čočku s ohniskovou vzdáleností 254 mm (průměr 10") lze zvolit, pokud je svar velký nebo je třeba zvětšit velikost svarového bodu. V tomto případě je pro dosažení efektu hlubokého průniku zapotřebí vyšší laserový výstupní výkon (hustota výkonu).
Další otázky ohledně ceny a konfigurace ručního laserového svařovacího stroje
Čas zveřejnění: 27. září 2022