Lazerinis suvirinimas gali būti atliekamas naudojant nuolatinį arba impulsinį lazerinį generatorių. Lazerinio suvirinimo principą galima suskirstyti į šilumos laidumo suvirinimą ir lazerinį giluminį lydomąjį suvirinimą. Kai galios tankis yra mažesnis nei 104–105 W/cm2, tai yra šilumos laidumo suvirinimas, todėl lydymosi gylis yra mažas, o suvirinimo greitis – mažas; kai galios tankis yra didesnis nei 105–107 W/cm2, metalo paviršius veikiamas šilumos įgaubiamas į „rakto skylutes“, todėl susidaro giluminis lydomasis suvirinimas, pasižymintis dideliu suvirinimo greičiu ir dideliu gylio bei pločio santykiu.
Šiandien daugiausia dėmesio skirsime pagrindiniams veiksniams, turintiems įtakos lazerinio giluminio suvirinimo kokybei.
1. Lazerio galia
Lazerinio giluminio suvirinimo metu lazerio galia kontroliuoja ir įsiskverbimo gylį, ir suvirinimo greitį. Suvirinimo gylis yra tiesiogiai susijęs su spindulio galios tankiu ir priklauso nuo krintančio spindulio galios bei spindulio židinio taško. Paprastai tariant, tam tikro skersmens lazerio spindulio įsiskverbimo gylis didėja didėjant spindulio galiai.
2. Židinio taškas
Spindulio taško dydis yra vienas iš svarbiausių lazerinio suvirinimo kintamųjų, nes jis lemia galios tankį. Tačiau jį išmatuoti yra sudėtinga naudojant didelės galios lazerius, nors yra daug netiesioginių matavimo metodų.
Spindulio židinio difrakcijos ribinį taško dydį galima apskaičiuoti pagal difrakcijos teoriją, tačiau tikrasis taško dydis yra didesnis už apskaičiuotą vertę dėl prasto židinio atspindžio. Paprasčiausias matavimo metodas yra izotemperatūrinio profilio metodas, kuriuo matuojamas židinio taško ir perforacijos skersmuo po to, kai storas popierius yra išdeginamas ir prasiskverbia pro polipropileno plokštę. Šis metodas, pasitelkus matavimo praktiką, leidžia nustatyti lazerio galios dydį ir spindulio veikimo laiką.
3. Apsauginės dujos
Lazerinio suvirinimo procese dažnai naudojamos apsauginės dujos (helis, argonas, azotas), siekiant apsaugoti išlydytą vonelę ir užkirsti kelią ruošinio oksidacijai suvirinimo proceso metu. Antroji apsauginių dujų naudojimo priežastis – apsaugoti fokusavimo lęšį nuo užteršimo metalo garais ir purškimo skysčio lašeliais. Ypač atliekant didelio galingumo lazerinį suvirinimą, išmetamos dujos tampa labai galingos, todėl būtina apsaugoti lęšį. Trečiasis apsauginių dujų poveikis yra tas, kad jos labai efektyviai išsklaido plazmos apsaugą, susidarančią didelio galingumo lazerinio suvirinimo metu. Metalo garai sugeria lazerio spindulį ir jonizuojasi į plazmos debesį. Apsauginės dujos aplink metalo garus taip pat jonizuojasi dėl karščio. Jei plazmos yra per daug, lazerio spindulį kažkaip sunaudoja plazma. Kaip antroji energija, darbiniame paviršiuje yra plazma, todėl suvirinimo gylis sumažėja, o suvirinimo vonios paviršius – platesnis.
Kaip išsirinkti tinkamas apsaugines dujas?
4. Absorbcijos greitis
Medžiagos lazerio spinduliuotės absorbcija priklauso nuo kai kurių svarbių medžiagos savybių, tokių kaip sugerties greitis, atspindėjimas, šilumos laidumas, lydymosi temperatūra ir garavimo temperatūra. Iš visų veiksnių svarbiausias yra sugerties greitis.
Medžiagos sugerties greitį lazerio spindulyje veikia du veiksniai. Pirmasis yra medžiagos varžos koeficientas. Nustatyta, kad medžiagos sugerties greitis yra proporcingas varžos koeficiento kvadratinei šakniai, o varžos koeficientas kinta priklausomai nuo temperatūros. Antra, medžiagos paviršiaus būklė (arba apdaila) turi didelę įtaką spindulio sugerties greičiui, o tai daro didelę įtaką suvirinimo efektui.
5. Suvirinimo greitis
Suvirinimo greitis daro didelę įtaką įsiskverbimo gyliui. Didinant greitį, įsiskverbimo gylis sumažėja, tačiau per mažas greitis sukels per didelį medžiagų išsilydymą ir ruošinio kiaurą suvirinimą. Todėl konkrečiai medžiagai, esant tam tikrai lazerio galiai ir tam tikram storiui, yra tinkamas suvirinimo greičio diapazonas, o maksimalus įsiskverbimo gylis gali būti pasiektas esant atitinkamai greičio vertei.
6. Fokusavimo objektyvo židinio nuotolis
Suvirinimo pistoleto galvutėje paprastai montuojamas fokusavimo lęšis, kurio židinio nuotolis paprastai yra 63–254 mm (2,5–10 colių skersmens). Fokusavimo taško dydis yra proporcingas židinio nuotoliui – kuo trumpesnis židinio nuotolis, tuo mažesnė taškas. Tačiau židinio nuotolio ilgis taip pat turi įtakos fokusavimo gyliui, t. y. fokusavimo gylis didėja sinchroniškai su židinio nuotoliu, todėl trumpesnis židinio nuotolis gali pagerinti galios tankį, tačiau dėl mažo fokusavimo gylio reikia tiksliai išlaikyti atstumą tarp lęšio ir ruošinio, o įsiskverbimo gylis nėra didelis. Dėl purslų ir lazerio režimo įtakos suvirinimo metu trumpiausias židinio gylis, naudojamas atliekant realų suvirinimą, dažniausiai yra 126 mm (5 colių skersmens). Kai siūlė didelė arba reikia padidinti suvirinimo siūlės dydį, galima pasirinkti 254 mm (10 colių skersmens) židinio nuotolio lęšį. Tokiu atveju, norint pasiekti gilaus įsiskverbimo skylės efektą, reikalinga didesnė lazerio išėjimo galia (galios tankis).
Daugiau klausimų apie rankinio lazerinio suvirinimo aparato kainą ir konfigūraciją
Įrašo laikas: 2022 m. rugsėjo 27 d.