Lézerhegesztés ismertetése – Lézerhegesztés alapjai |

Mi a lézerhegesztés? Lézerhegesztés ismertetése! Minden, amit a lézerhegesztésről tudni kell, beleértve a főbb elveket és a főbb folyamatparamétereket!

Sok vásárló nem érti a lézerhegesztőgép alapvető működési elveit, nemhogy a megfelelő lézerhegesztőgép kiválasztását, azonban a Mimowork Laser itt van, hogy segítsen a helyes döntés meghozatalában, és további támogatást nyújtson a lézerhegesztés megértéséhez.

Mi a lézeres hegesztés?

A lézerhegesztés egyfajta olvasztóhegesztés, amelyben a lézersugarat hegesztési hőforrásként használják. A hegesztési elv az, hogy egy speciális módszerrel stimulálják az aktív közeget, rezonáns üregoszcillációt hoznak létre, majd ezt átalakítják stimulált sugárnyalábá. Amikor a sugár és a munkadarab érintkezik egymással, a munkadarab elnyeli az energiát, és amikor a hőmérséklet eléri az anyag olvadáspontját, hegeszthetővé válik.

A hegesztőfürdő fő mechanizmusa szerint a lézerhegesztésnek két alapvető hegesztési mechanizmusa van: a hővezető hegesztés és a mélypenetrációs (kulcslyuk) hegesztés. A hővezető hegesztés során keletkező hő hőátadással diffúz a munkadarabra, így a hegesztési felület megolvad, és nem történik párolgás, amit gyakran alkalmaznak alacsony sebességű, vékony alkatrészek hegesztésekor. A mélyfúziós hegesztés elpárologtatja az anyagot, és nagy mennyiségű plazmát képez. A megnövekedett hő miatt lyukak keletkeznek az olvadékfürdő elején. A mélypenetrációs hegesztés a legszélesebb körben használt lézerhegesztési mód, alaposan meg tudja hegeszteni a munkadarabot, és a bemeneti energia hatalmas, ami gyors hegesztési sebességet eredményez.

Lézeres hegesztés folyamatparaméterei

Számos folyamatparaméter befolyásolja a lézerhegesztés minőségét, mint például a teljesítménysűrűség, a lézerimpulzus hullámformája, a defókuszálás, a hegesztési sebesség és a kiegészítő védőgáz megválasztása.

Lézer teljesítménysűrűsége

A teljesítménysűrűség a lézeres megmunkálás egyik legfontosabb paramétere. Nagyobb teljesítménysűrűség esetén a felületi réteg mikroszekundum alatt forráspontra hevíthető, ami nagy mennyiségű párologtatást eredményez. Ezért a nagy teljesítménysűrűség előnyös az anyagleválasztási folyamatoknál, például a fúrásnál, vágásnál és gravírozásnál. Alacsony teljesítménysűrűség esetén több milliszekundum szükséges ahhoz, hogy a felületi hőmérséklet elérje a forráspontot, és mielőtt a felület elpárologna, az alja eléri az olvadáspontot, ami megkönnyíti a jó olvadó hegesztés kialakítását. Ezért hővezetéses lézerhegesztés formájában a teljesítménysűrűség tartománya 104-106 W/cm2.

Lézer impulzus hullámforma

A lézerimpulzus hullámformája nemcsak fontos paraméter az anyagleválasztás és az anyagolvasztás megkülönböztetéséhez, hanem kulcsfontosságú paraméter a feldolgozó berendezések mennyiségének és költségének meghatározásához is. Amikor nagy intenzitású lézersugarat bocsátanak az anyag felületére, az anyag felülete a lézerenergia 60–90%-át visszaveri, és veszteségnek tekinti, különösen az arany, ezüst, réz, alumínium, titán és más erős visszaverődésű és gyors hőátadással rendelkező anyagok esetében. A fém fényvisszaverő képessége az impulzus során az idő múlásával változik. Amikor az anyag felületi hőmérséklete eléri az olvadáspontot, a fényvisszaverő képesség gyorsan csökken, és amikor a felület olvadási állapotban van, a fényvisszaverő képesség egy bizonyos értékre stabilizálódik.

Lézer impulzus szélesség

Az impulzusszélesség az impulzuslézeres hegesztés fontos paramétere. Az impulzusszélességet a behatolási mélység és a hőhatásövezet határozta meg. Minél hosszabb volt az impulzusszélesség, annál nagyobb volt a hőhatásövezet, és a behatolási mélység az impulzusszélesség felével nőtt. Az impulzusszélesség növelése azonban csökkenti a csúcsteljesítményt, ezért az impulzusszélesség növelését általában hővezetéses hegesztéshez alkalmazzák, ami széles és sekély varratméretet eredményez, különösen alkalmas vékony és vastag lemezek átfedő hegesztéséhez. Az alacsonyabb csúcsteljesítmény azonban túlzott hőbevitelt eredményez, és minden anyagnak van egy optimális impulzusszélessége, amely maximalizálja a behatolási mélységet.

Defókuszálási mennyiség

A lézerhegesztés általában bizonyos mértékű defókuszálást igényel, mivel a lézerfókusznál lévő pontközéppont teljesítménysűrűsége túl magas, ami könnyen elpárologtatja a hegesztőanyagot lyukakká. A teljesítménysűrűség eloszlása viszonylag egyenletes a lézerfókusztól távolodó minden síkban.

Két defókuszálási mód létezik:
Pozitív és negatív defókuszálás. Ha a fókuszsík a munkadarab felett helyezkedik el, akkor pozitív defókuszálásról van szó; egyébként negatív defókuszálásról. A geometriai optika elmélete szerint, amikor a pozitív és negatív defókuszáló síkok távolsága a hegesztési síktól egyenlő, a megfelelő síkon a teljesítménysűrűség megközelítőleg azonos, de valójában a kapott olvadékfürdő alakja eltérő. Negatív defókuszálás esetén nagyobb penetráció érhető el, ami az olvadékfürdő képződési folyamatával függ össze.

Hegesztési sebesség

A hegesztési sebesség meghatározza a hegesztési felület minőségét, a behatolási mélységet, a hőhatásövezetet és így tovább. A hegesztési sebesség befolyásolja az időegységre jutó hőbevitelt. Ha a hegesztési sebesség túl lassú, a hőbevitel túl magas, ami a munkadarab átégéséhez vezet. Ha a hegesztési sebesség túl gyors, a hőbevitel túl kicsi, ami a munkadarab részleges és befejezetlen hegesztését eredményezi. A hegesztési sebesség csökkentését általában a behatolás javítására használják.

Kiegészítő fújásvédő gáz

A kiegészítő védőgáz használata elengedhetetlen eljárás a nagy teljesítményű lézeres hegesztésben. Egyrészt megakadályozza a fémanyagok porladását és a fókuszáló tükör szennyeződését; másrészt megakadályozza, hogy a hegesztési folyamat során keletkező plazma túlságosan fókuszáljon, és a lézer elérje az anyag felületét. A lézeres hegesztés során gyakran használnak héliumot, argont, nitrogént és más gázokat az olvadékfürdő védelmére, hogy megakadályozzák a munkadarab oxidációját a hegesztés során. Az olyan tényezők, mint a védőgáz típusa, a levegő áramlásának mérete és a fúvás szöge nagy hatással vannak a hegesztési eredményekre, és a különböző fúvásmódszerek is bizonyos mértékben befolyásolják a hegesztés minőségét.