Лазерне зварювання може бути реалізоване за допомогою лазерного генератора безперервної або імпульсної дії. Принцип лазерного зварювання можна розділити на теплопровідне зварювання та лазерне глибоке плавлення. Щільність потужності менше 104~105 Вт/см2 - це теплопровідне зварювання, при цьому глибина плавлення та швидкість зварювання низькі; коли щільність потужності перевищує 105~107 Вт/см2, металева поверхня під дією тепла увігнута у "замкові щілини", утворюючи глибоке плавлення, яке характеризується високою швидкістю зварювання та великим співвідношенням глибини до ширини.
Сьогодні ми в основному розглянемо знання основних факторів, що впливають на якість лазерного зварювання глибоким плавленням.
1. Потужність лазера
У лазерному зварюванні глибоким плавленням потужність лазера контролює як глибину проникнення, так і швидкість зварювання. Глибина зварювання безпосередньо пов'язана з щільністю потужності променя та є функцією потужності падаючого променя та фокальної плями променя. Загалом кажучи, для лазерного променя певного діаметра глибина проникнення збільшується зі збільшенням потужності променя.
2. Фокусна пляма
Розмір плями променя є однією з найважливіших змінних у лазерному зварюванні, оскільки він визначає щільність потужності. Але його вимірювання є складним завданням для потужних лазерів, хоча існує багато методів непрямого вимірювання.
Розмір дифракційної плями фокуса променя можна розрахувати відповідно до теорії дифракції, але фактичний розмір плями більший за розраховане значення через погане фокальне відбиття. Найпростішим методом вимірювання є метод ізотемпературного профілю, який вимірює діаметр фокальної плями та перфорацію після того, як товстий папір вигорає та проникає через поліпропіленову пластину. Цей метод завдяки практиці вимірювань дозволяє визначити розмір потужності лазера та час дії променя.
3. Захисний газ
У процесі лазерного зварювання часто використовуються захисні гази (гелій, аргон, азот) для захисту розплавленої ванни, запобігаючи окисленню заготовки в процесі зварювання. Другою причиною використання захисного газу є захист фокусуючої лінзи від забруднення парами металу та розпилення краплями рідини. Особливо при потужному лазерному зварюванні викид стає дуже потужним, тому необхідно захищати лінзу. Третій ефект захисного газу полягає в тому, що він дуже ефективно розсіює плазмовий екран, що утворюється під час потужного лазерного зварювання. Пара металу поглинає лазерний промінь та іонізується в плазмову хмару. Захисний газ навколо пари металу також іонізується під дією тепла. Якщо плазми забагато, лазерний промінь якимось чином поглинається плазмою. Як друга енергія, плазма присутня на робочій поверхні, що робить глибину зварювання меншою, а поверхню зварювальної ванни ширшою.
Як вибрати правильний захисний газ?
4. Коефіцієнт поглинання
Лазерне поглинання матеріалом залежить від деяких важливих властивостей матеріалу, таких як коефіцієнт поглинання, відбивна здатність, теплопровідність, температура плавлення та температура випаровування. Серед усіх факторів найважливішим є коефіцієнт поглинання.
На швидкість поглинання лазерного променя матеріалом впливають два фактори. Перший – це коефіцієнт опору матеріалу. Встановлено, що швидкість поглинання матеріалом пропорційна квадратному кореню з коефіцієнта опору, а коефіцієнт опору змінюється залежно від температури. По-друге, стан поверхні (або обробка) матеріалу має важливий вплив на швидкість поглинання променя, що суттєво впливає на ефект зварювання.
5. Швидкість зварювання
Швидкість зварювання має великий вплив на глибину проникнення. Збільшення швидкості зменшить глибину проникнення, але занадто низька швидкість призведе до надмірного плавлення матеріалів та проварювання заготовки. Тому існує відповідний діапазон швидкостей зварювання для конкретного матеріалу з певною потужністю лазера та певною товщиною, і максимальна глибина проникнення може бути отримана при відповідному значенні швидкості.
6. Фокусна відстань фокусуючої лінзи
Фокусувальна лінза зазвичай встановлюється в головці зварювального пістолета, зазвичай вибирається фокусна відстань 63~254 мм (діаметр 2,5 дюйма~10 дюймів). Розмір фокусуючої плями пропорційний фокусній відстані, чим менша фокусна відстань, тим менша пляма. Однак фокусна відстань також впливає на глибину фокусування, тобто глибина фокусування збільшується синхронно з фокусною відстанню, тому коротка фокусна відстань може покращити щільність потужності, але оскільки глибина фокусування мала, відстань між лінзою та заготовкою повинна точно підтримуватися, а глибина проникнення невелика. Через вплив бризок та лазерного режиму під час зварювання найкоротша фокусна глибина, що використовується під час фактичного зварювання, здебільшого становить 126 мм (діаметр 5 дюймів). Лінзу з фокусною відстанню 254 мм (діаметр 10 дюймів) можна вибрати, коли шов великий або потрібно збільшити розмір зварного шва, збільшивши розмір плями. У цьому випадку для досягнення ефекту глибокого проникнення потрібна вища вихідна потужність лазера (щільність потужності).
Більше питань щодо ціни та конфігурації ручного лазерного зварювального апарату
Час публікації: 27 вересня 2022 р.