Spawanie laserowe można realizować za pomocą generatora laserowego ciągłego lub impulsowego. Zasadę spawania laserowego można podzielić na spawanie z przewodzeniem ciepła i spawanie laserowe wgłębne. Gęstość mocy mniejsza niż 104 ~ 105 W/cm2 to spawanie przewodzące ciepło, w tym czasie głębokość topienia i prędkość spawania są wolne; Gdy gęstość mocy jest większa niż 105 ~ 107 W/cm2, powierzchnia metalu zapada się w „dziurki od klucza” pod wpływem ciepła, tworząc głębokie zgrzewanie, które charakteryzuje się dużą prędkością spawania i dużym stosunkiem głębokości do szerokości.
Dzisiaj omówimy głównie wiedzę na temat głównych czynników wpływających na jakość spawania laserowego metodą głębokiego wtapiania
1. Moc lasera
W przypadku głębokiego spawania laserowego moc lasera kontroluje zarówno głębokość wtopienia, jak i prędkość spawania. Głębokość spoiny jest bezpośrednio powiązana z gęstością mocy wiązki i jest funkcją mocy wiązki padającej i ogniska wiązki. Ogólnie rzecz biorąc, dla określonej średnicy wiązki lasera głębokość penetracji zwiększa się wraz ze wzrostem mocy wiązki.
2. Punkt ogniskowy
Rozmiar plamki wiązki jest jedną z najważniejszych zmiennych w spawaniu laserowym, ponieważ określa gęstość mocy. Jednak jego pomiar stanowi wyzwanie dla laserów dużej mocy, chociaż dostępnych jest wiele pośrednich technik pomiarowych.
Graniczny rozmiar plamki dyfrakcyjnej ogniska wiązki można obliczyć zgodnie z teorią dyfrakcji, ale rzeczywisty rozmiar plamki jest większy niż obliczona wartość ze względu na istnienie słabego odbicia ogniskowego. Najprostszą metodą pomiaru jest metoda profilu izotemperaturowego, która polega na pomiarze średnicy plamki ogniskowej i perforacji po wypaleniu grubego papieru i przeniknięciu go przez płytkę polipropylenową. Metoda ta poprzez praktykę pomiarową pozwala na kontrolę wielkości mocy lasera i czasu działania wiązki.
3. Gaz ochronny
W procesie spawania laserowego często wykorzystuje się gazy ochronne (hel, argon, azot) w celu ochrony jeziorka stopionego, zapobiegając utlenianiu przedmiotu obrabianego w procesie spawania. Drugim powodem stosowania gazu ochronnego jest ochrona soczewki ogniskującej przed zanieczyszczeniem oparami metali i rozpylaniem kropelek cieczy. Szczególnie przy spawaniu laserowym dużej mocy wyrzut staje się bardzo silny, dlatego należy chronić soczewkę. Trzeci efekt gazu ochronnego polega na tym, że jest on bardzo skuteczny w rozpraszaniu osłony plazmowej wytwarzanej podczas spawania laserowego dużej mocy. Opary metalu absorbują wiązkę lasera i jonizują, tworząc chmurę plazmy. Gaz ochronny otaczający opary metalu również jonizuje pod wpływem ciepła. Jeśli jest za dużo plazmy, wiązka lasera jest w jakiś sposób pochłaniana przez plazmę. Jako druga energia, na powierzchni roboczej występuje plazma, co powoduje, że głębokość spoiny jest mniejsza, a powierzchnia jeziorka spawalniczego szersza.
Jak wybrać odpowiedni gaz osłonowy?
4. Szybkość wchłaniania
Absorpcja lasera przez materiał zależy od kilku ważnych właściwości materiału, takich jak szybkość absorpcji, współczynnik odbicia, przewodność cieplna, temperatura topnienia i temperatura parowania. Spośród wszystkich czynników najważniejszy jest stopień wchłaniania.
Na szybkość absorpcji materiału przez wiązkę lasera wpływają dwa czynniki. Pierwszym z nich jest współczynnik oporu materiału. Stwierdzono, że szybkość absorpcji materiału jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego współczynnika oporu, a współczynnik oporu zmienia się wraz z temperaturą. Po drugie, stan powierzchni (lub wykończenie) materiału ma istotny wpływ na szybkość pochłaniania wiązki, co ma istotny wpływ na efekt spawania.
5. Prędkość spawania
Prędkość spawania ma duży wpływ na głębokość wtopienia. Zwiększenie prędkości spowoduje zmniejszenie głębokości wtopienia, natomiast zbyt mała spowoduje nadmierne przetopienie materiałów i przespawanie przedmiotu obrabianego. Dlatego dla danego materiału przy określonej mocy lasera i określonej grubości istnieje odpowiedni zakres prędkości spawania, a przy odpowiedniej wartości prędkości można uzyskać maksymalną głębokość wtopienia.
6. Ogniskowa soczewki skupiającej
Soczewkę skupiającą zwykle instaluje się w głowicy uchwytu spawalniczego. Zwykle wybiera się ogniskową 63~254mm (średnica 2,5"~10"). Rozmiar plamki ogniskowania jest proporcjonalny do ogniskowej, im krótsza ogniskowa, tym mniejsza plamka. Jednak długość ogniskowej wpływa również na głębię ostrości, to znaczy głębia ostrości wzrasta synchronicznie z ogniskową, więc krótka ogniskowa może poprawić gęstość mocy, ale ponieważ głębia ostrości jest mała, odległość pomiędzy soczewką a przedmiotem obrabianym musi być dokładnie utrzymany, a głębokość penetracji nie jest duża. Ze względu na wpływ odprysków i trybu lasera podczas spawania, najkrótsza głębokość ogniskowej stosowana w rzeczywistym spawaniu wynosi najczęściej 126 mm (średnica 5 cali). W przypadku dużego szwu można wybrać soczewkę o ogniskowej 254 mm (średnica 10 cali). lub spoinę należy zwiększyć, zwiększając rozmiar plamki. W tym przypadku do uzyskania efektu głębokiej dziury penetracyjnej wymagana jest większa moc wyjściowa lasera (gęstość mocy).
Więcej pytań dotyczących ceny i konfiguracji ręcznej spawarki laserowej
Czas publikacji: 27 września 2022 r