Лазерная сварка может осуществляться с помощью непрерывного или импульсного лазерного генератора. Принцип лазерной сварки можно разделить на сварку с теплопроводностью и лазерную сварку глубоким плавлением. При плотности мощности менее 10⁴–10⁵ Вт/см² выполняется сварка с теплопроводностью, при этом глубина плавления и скорость сварки низкие; при плотности мощности более 10⁵–10⁷ Вт/см² поверхность металла под действием тепла вогнута в «замочные скважины», образуя сварку глубоким плавлением, которая характеризуется высокой скоростью сварки и большим соотношением глубины к ширине.
Сегодня мы в основном рассмотрим основные факторы, влияющие на качество лазерной глубокой сварки.
1. Мощность лазера
При лазерной глубокой сварке мощность лазера контролирует как глубину проплавления, так и скорость сварки. Глубина сварки напрямую связана с плотностью мощности луча и является функцией мощности падающего луча и фокусного пятна луча. В общем случае, для лазерного луча определенного диаметра глубина проплавления увеличивается с увеличением мощности луча.
2. Фокусное пятно
Размер пятна лазерного луча является одной из важнейших переменных в лазерной сварке, поскольку он определяет плотность мощности. Однако его измерение представляет собой сложную задачу для мощных лазеров, несмотря на наличие множества косвенных методов измерения.
Размер дифракционного пятна в фокусе пучка можно рассчитать в соответствии с теорией дифракции, но фактический размер пятна оказывается больше расчетного значения из-за слабого отражения от фокуса. Простейший метод измерения — это метод изотемпературного профиля, который измеряет диаметр фокусного пятна и перфорацию после прожигания толстой бумаги и пробития полипропиленовой пластины. Этот метод, благодаря практическим измерениям, позволяет определить мощность лазера и время воздействия пучка.
3. Защитный газ
В процессе лазерной сварки часто используются защитные газы (гелий, аргон, азот) для защиты расплавленной ванны, предотвращая окисление заготовки в процессе сварки. Вторая причина использования защитного газа — защита фокусирующей линзы от загрязнения парами металла и распыления жидкими каплями. Особенно при высокомощной лазерной сварке выбросы становятся очень мощными, поэтому защита линзы необходима. Третий эффект защитного газа заключается в его высокой эффективности в рассеивании плазменного экрана, создаваемого высокомощной лазерной сваркой. Пары металла поглощают лазерный луч и ионизируются, образуя плазменное облако. Защитный газ вокруг паров металла также ионизируется под воздействием тепла. Если плазмы слишком много, лазерный луч частично поглощается плазмой. В качестве второго источника энергии плазма образуется на рабочей поверхности, что приводит к уменьшению глубины сварного шва и расширению поверхности сварочной ванны.
Как выбрать подходящий защитный газ?
4. Скорость всасывания
Поглощение лазерного излучения материалом зависит от ряда важных свойств материала, таких как степень поглощения, отражательная способность, теплопроводность, температура плавления и температура испарения. Среди всех факторов наиболее важным является степень поглощения.
На степень поглощения лазерного луча материалом влияют два фактора. Первый — коэффициент сопротивления материала. Установлено, что степень поглощения материала пропорциональна квадратному корню из коэффициента сопротивления, и этот коэффициент изменяется с температурой. Во-вторых, состояние (или отделка) поверхности материала оказывает важное влияние на степень поглощения луча, что существенно влияет на качество сварки.
5. Скорость сварки
Скорость сварки оказывает большое влияние на глубину проплавления. Увеличение скорости приведет к уменьшению глубины проплавления, но слишком низкая скорость вызовет чрезмерное расплавление материала и сквозную сварку заготовки. Поэтому для конкретного материала с определенной мощностью лазера и определенной толщиной существует оптимальный диапазон скоростей сварки, и максимальная глубина проплавления может быть достигнута при соответствующем значении скорости.
6. Фокусное расстояние фокусирующей линзы
В головку сварочного пистолета обычно устанавливается фокусирующая линза, как правило, с фокусным расстоянием 63–254 мм (диаметр 2,5–10 дюймов). Размер фокусного пятна пропорционален фокусному расстоянию: чем короче фокусное расстояние, тем меньше пятно. Однако длина фокусного расстояния также влияет на глубину резкости, то есть глубина резкости увеличивается синхронно с фокусным расстоянием, поэтому короткое фокусное расстояние может повысить плотность мощности, но поскольку глубина резкости мала, расстояние между линзой и заготовкой должно точно соблюдаться, и глубина проплавления невелика. Из-за влияния брызг и режима лазера во время сварки, минимальная глубина резкости, используемая в реальной сварке, чаще всего составляет 126 мм (диаметр 5 дюймов). Линза с фокусным расстоянием 254 мм (диаметр 10 дюймов) может быть выбрана, когда шов большой или необходимо увеличить размер сварного шва за счет увеличения размера пятна. В этом случае для достижения эффекта глубокого проплавления требуется более высокая выходная мощность лазера (плотность мощности).
Дополнительные вопросы о цене и конфигурации ручных лазерных сварочных аппаратов
Дата публикации: 27 сентября 2022 г.