Lasersko varjenje se lahko izvaja z neprekinjenim ali pulznim laserskim generatorjem. Načelo laserskega varjenja lahko razdelimo na toplotno prevodno varjenje in lasersko globoko talilno varjenje. Gostota moči manjša od 104~105 W/cm2 je toplotno prevodno varjenje, pri katerem je globina taljenja in hitrost varjenja počasna; ko je gostota moči večja od 105~107 W/cm2, se kovinska površina pod vplivom toplote vboči v "ključavnične luknje", kar tvori globoko talilno varjenje, ki ima značilnosti visoke hitrosti varjenja in velikega razmerja med globino in širino.
Danes bomo obravnavali predvsem poznavanje glavnih dejavnikov, ki vplivajo na kakovost laserskega varjenja z globokim zlitjem.
1. Moč laserja
Pri laserskem varjenju z globokim zlitjem laserska moč nadzoruje tako globino prodiranja kot hitrost varjenja. Globina varjenja je neposredno povezana z gostoto moči žarka in je funkcija moči vpadnega žarka in goriščne točke žarka. Na splošno velja, da se pri laserskem žarku določenega premera globina prodiranja povečuje z naraščanjem moči žarka.
2. Žariščna točka
Velikost žarkovne točke je ena najpomembnejših spremenljivk pri laserskem varjenju, saj določa gostoto moči. Vendar pa je njeno merjenje za visokozmogljive laserje izziv, čeprav je na voljo veliko tehnik posrednega merjenja.
Velikost difrakcijske mejne pike v žarišču žarka se lahko izračuna v skladu z difrakcijsko teorijo, vendar je dejanska velikost pike zaradi slabega odboja žarišča večja od izračunane vrednosti. Najenostavnejša metoda merjenja je metoda izotemperaturnega profila, ki meri premer goriščne pike in perforacijo po tem, ko debeli papir zgori in prodre skozi polipropilensko ploščo. Ta metoda s prakso merjenja obvlada velikost laserske moči in čas delovanja žarka.
3. Zaščitni plin
Postopek laserskega varjenja pogosto uporablja zaščitne pline (helij, argon, dušik) za zaščito staljene taline in preprečuje oksidacijo obdelovanca med varjenjem. Drugi razlog za uporabo zaščitnega plina je zaščita fokusne leče pred kontaminacijo s kovinskimi hlapi in razprševanjem zaradi kapljic tekočine. Še posebej pri visokozmogljivem laserskem varjenju postanejo izmeti zelo močni, zato je potrebno zaščititi lečo. Tretji učinek zaščitnega plina je, da je zelo učinkovit pri razprševanju plazemske zaščite, ki jo ustvarja visokozmogljivo lasersko varjenje. Kovinska para absorbira laserski žarek in ionizira v plazemski oblak. Zaščitni plin okoli kovinske pare se zaradi toplote prav tako ionizira. Če je plazme preveč, plazma nekako porabi laserski žarek. Kot druga energija se na delovni površini nahaja plazma, zaradi česar je globina varjenja plitvejša, površina varilne taline pa širša.
Kako izbrati pravi zaščitni plin?
4. Stopnja absorpcije
Absorpcija laserskega sevanja v materialu je odvisna od nekaterih pomembnih lastnosti materiala, kot so stopnja absorpcije, odbojnost, toplotna prevodnost, temperatura taljenja in temperatura izhlapevanja. Med vsemi dejavniki je najpomembnejša stopnja absorpcije.
Na stopnjo absorpcije laserskega žarka v materialu vplivata dva dejavnika. Prvi je koeficient upornosti materiala. Ugotovljeno je, da je stopnja absorpcije materiala sorazmerna s kvadratnim korenom koeficienta upornosti, koeficient upornosti pa se spreminja s temperaturo. Drugič, stanje površine (ali zaključna obdelava) materiala ima pomemben vpliv na stopnjo absorpcije žarka, kar ima pomemben vpliv na učinek varjenja.
5. Hitrost varjenja
Hitrost varjenja ima velik vpliv na globino prodiranja. Povečanje hitrosti bo zmanjšalo globino prodiranja, prenizka hitrost pa bo povzročila prekomerno taljenje materialov in prevarjenje obdelovanca. Zato obstaja ustrezno območje hitrosti varjenja za določen material z določeno močjo laserja in določeno debelino, največjo globino prodiranja pa je mogoče doseči pri ustrezni vrednosti hitrosti.
6. Goriščna razdalja fokusne leče
Fokusna leča je običajno nameščena v glavi varilne pištole, običajno se izbere goriščna razdalja 63~254 mm (premer 2,5"~10"). Velikost fokusne točke je sorazmerna z goriščno razdaljo, krajša kot je goriščna razdalja, manjša je točka. Vendar pa dolžina goriščne razdalje vpliva tudi na globino ostrenja, to pomeni, da se globina ostrenja povečuje sočasno z goriščno razdaljo, zato lahko kratka goriščna razdalja izboljša gostoto moči, vendar je treba zaradi majhne globine ostrenja natančno vzdrževati razdaljo med lečo in obdelovancem, globina prodiranja pa ni velika. Zaradi vpliva brizganja in laserskega načina med varjenjem je najkrajša goriščna globina, ki se uporablja pri dejanskem varjenju, večinoma 126 mm (premer 5"). Lečo z goriščno razdaljo 254 mm (premer 10") lahko izberete, kadar je šiv velik ali je treba povečati velikost varilne točke. V tem primeru je za doseganje učinka globoke luknje potrebna večja laserska izhodna moč (gostota moči).
Več vprašanj o ceni in konfiguraciji ročnega laserskega varilnega stroja
Čas objave: 27. september 2022