Lasersko zavarivanje može se ostvariti kontinuiranim ili pulsirajućim laserskim generatorom. Princip laserskog zavarivanja može se podijeliti na toplinsko vodljivo zavarivanje i lasersko duboko taljenje. Gustoća snage manja od 104~105 W/cm2 je toplinsko vodljivo zavarivanje, u ovom trenutku dubina taljenja i brzina zavarivanja su spori; kada je gustoća snage veća od 105~107 W/cm2, metalna površina se pod djelovanjem topline udubljuje u "ključaonice", stvarajući duboko taljenje, koje ima karakteristike velike brzine zavarivanja i velikog omjera dubine i širine.
Danas ćemo se uglavnom baviti poznavanjem glavnih čimbenika koji utječu na kvalitetu laserskog dubokog zavarivanja.
1. Snaga lasera
Kod laserskog dubokog zavarivanja fuzijom, snaga lasera kontrolira i dubinu prodiranja i brzinu zavarivanja. Dubina zavara izravno je povezana s gustoćom snage snopa i funkcija je snage upadnog snopa i žarišne točke snopa. Općenito govoreći, za laserski snop određenog promjera, dubina prodiranja povećava se s povećanjem snage snopa.
2. Žarišna točka
Veličina točke snopa jedna je od najvažnijih varijabli u laserskom zavarivanju jer određuje gustoću snage. No, mjerenje iste predstavlja izazov za lasere velike snage, iako postoje mnoge dostupne tehnike neizravnog mjerenja.
Granična veličina difrakcijske točke fokusa snopa može se izračunati prema teoriji difrakcije, ali stvarna veličina točke je veća od izračunate vrijednosti zbog postojanja slabe žarišne refleksije. Najjednostavnija metoda mjerenja je metoda izotemperaturnog profila, koja mjeri promjer žarišne točke i perforacije nakon što debeli papir izgori i prodre kroz polipropilensku ploču. Ova metoda kroz praksu mjerenja ovladava veličinom laserske snage i vremenom djelovanja snopa.
3. Zaštitni plin
Postupak laserskog zavarivanja često koristi zaštitne plinove (helij, argon, dušik) za zaštitu rastaljene kupke, sprječavajući oksidaciju obratka tijekom procesa zavarivanja. Drugi razlog korištenja zaštitnog plina je zaštita fokusne leće od kontaminacije metalnim parama i raspršivanja kapljicama tekućine. Posebno kod laserskog zavarivanja velike snage, izbacivanje postaje vrlo snažno, potrebno je zaštititi leću. Treći učinak zaštitnog plina je taj što je vrlo učinkovit u raspršivanju plazma zaštite nastale laserskim zavarivanjem velike snage. Metalna para apsorbira lasersku zraku i ionizira se u oblak plazme. Zaštitni plin oko metalne pare također se ionizira zbog topline. Ako ima previše plazme, laserska zraka nekako se troši od strane plazme. Kao druga energija, plazma postoji na radnoj površini, što čini dubinu zavara plićom, a površinu zavarivačke kupke širom.
Kako odabrati odgovarajući zaštitni plin?
4. Stopa apsorpcije
Apsorpcija lasera u materijalu ovisi o nekim važnim svojstvima materijala, kao što su brzina apsorpcije, reflektivnost, toplinska vodljivost, temperatura taljenja i temperatura isparavanja. Među svim čimbenicima, najvažniji je brzina apsorpcije.
Dva faktora utječu na brzinu apsorpcije materijala u laserskoj zraki. Prvi je koeficijent otpora materijala. Utvrđeno je da je brzina apsorpcije materijala proporcionalna kvadratnom korijenu koeficijenta otpora, a koeficijent otpora varira s temperaturom. Drugo, stanje površine (ili završna obrada) materijala ima važan utjecaj na brzinu apsorpcije snopa, što ima značajan utjecaj na učinak zavarivanja.
5. Brzina zavarivanja
Brzina zavarivanja ima veliki utjecaj na dubinu prodiranja. Povećanje brzine smanjit će dubinu prodiranja, ali preniska brzina dovest će do prekomjernog taljenja materijala i zavarivanja obratka. Stoga postoji odgovarajući raspon brzine zavarivanja za određeni materijal s određenom snagom lasera i određenom debljinom, a maksimalna dubina prodiranja može se postići pri odgovarajućoj vrijednosti brzine.
6. Žarišna duljina fokusne leće
Fokusna leća obično se ugrađuje u glavu pištolja za zavarivanje, općenito se odabire žarišna duljina od 63~254 mm (promjer 2,5"~10"). Veličina točke fokusiranja proporcionalna je žarišnoj duljini, što je žarišna duljina kraća, to je točka manja. Međutim, duljina žarišne duljine također utječe na dubinu fokusa, odnosno dubina fokusa povećava se sinkrono sa žarišnom duljinom, pa kratka žarišna duljina može poboljšati gustoću snage, ali budući da je dubina fokusa mala, udaljenost između leće i obratka mora se točno održavati, a dubina prodiranja nije velika. Zbog utjecaja prskanja i laserskog načina rada tijekom zavarivanja, najkraća žarišna dubina koja se koristi u stvarnom zavarivanju uglavnom je 126 mm (promjer 5"). Leća sa žarišnom duljinom od 254 mm (promjer 10") može se odabrati kada je šav velik ili zavar treba povećati povećanjem veličine točke. U tom slučaju potrebna je veća izlazna snaga lasera (gustoća snage) za postizanje efekta dubokog prodiranja rupe.
Više pitanja o cijeni i konfiguraciji ručnog laserskog stroja za zavarivanje
Vrijeme objave: 27. rujna 2022.