Spawanie laserowe może być realizowane za pomocą generatora laserowego o pracy ciągłej lub impulsowej. Zasadę spawania laserowego można podzielić na spawanie przewodzące ciepło i spawanie laserowe z głębokim wtopieniem. Gęstość mocy poniżej 104–105 W/cm² to spawanie przewodzące ciepło, w którym głębokość wtopienia i prędkość spawania są niskie. Gdy gęstość mocy przekracza 105–107 W/cm², powierzchnia metalu pod wpływem ciepła ulega wklęsłości, tworząc tzw. „dziurki od klucza”, co powoduje powstanie głębokiego wtopienia, charakteryzującego się dużą prędkością spawania i dużym stosunkiem głębokości do szerokości.
Dzisiaj zajmiemy się głównie wiedzą na temat głównych czynników wpływających na jakość spawania laserowego metodą głębokiego wtapiania
1. Moc lasera
W laserowym spawaniu z głębokim wtopieniem, moc lasera kontroluje zarówno głębokość wtopienia, jak i prędkość spawania. Głębokość spoiny jest bezpośrednio związana z gęstością mocy wiązki i jest funkcją mocy wiązki padającej oraz ogniska wiązki. Ogólnie rzecz biorąc, dla wiązki laserowej o określonej średnicy, głębokość wtopienia rośnie wraz ze wzrostem mocy wiązki.
2. Punkt ogniskowy
Rozmiar plamki wiązki jest jedną z najważniejszych zmiennych w spawaniu laserowym, ponieważ decyduje o gęstości mocy. Jednak jej pomiar stanowi wyzwanie dla laserów dużej mocy, mimo że 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 występowanie słabego odbicia ogniskowego. Najprostszą metodą pomiaru jest metoda profilu izotemperaturowego, która mierzy średnicę plamki i perforację po wypaleniu grubego papieru i przebiciu go przez płytkę polipropylenową. Ta metoda, poprzez praktykę pomiarową, pozwala na dopracowanie mocy lasera i czasu działania wiązki.
3. Gaz ochronny
Proces spawania laserowego często wykorzystuje gazy ochronne (hel, argon, azot) w celu ochrony jeziorka spawalniczego, zapobiegając utlenianiu przedmiotu obrabianego w procesie spawania. Drugim powodem stosowania gazu ochronnego jest ochrona soczewki skupiającej przed zanieczyszczeniem oparami metalu i rozpylaniem kropelek cieczy. Szczególnie podczas spawania laserowego dużej mocy wyrzut staje się bardzo silny, dlatego konieczna jest ochrona soczewki. Trzecim efektem gazu ochronnego jest jego bardzo skuteczne rozpraszanie osłony plazmowej wytwarzanej podczas spawania laserowego dużej mocy. Opary metalu pochłaniają wiązkę lasera i jonizują się, tworząc chmurę plazmy. Gaz ochronny wokół oparów metalu również jonizuje się z powodu ciepła. Jeśli plazmy jest zbyt dużo, wiązka lasera jest w jakiś sposób pochłaniana przez plazmę. Jako druga energia, plazma znajduje się na powierzchni roboczej, co zmniejsza głębokość spoiny i poszerza powierzchnię jeziorka spawalniczego.
Jak wybrać odpowiedni gaz osłonowy?
4. Współczynnik absorpcji
Absorpcja laserowa materiału zależy od kilku ważnych właściwości materiału, takich jak szybkość absorpcji, współczynnik odbicia, przewodność cieplna, temperatura topnienia i temperatura parowania. Spośród wszystkich czynników, najważniejszy jest współczynnik absorpcji.
Na szybkość absorpcji wiązki laserowej przez materiał 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 absorpcji 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, ale zbyt niska prędkość doprowadzi do nadmiernego stopienia materiałów i przespawania przedmiotu obrabianego. Dlatego istnieje odpowiedni zakres prędkości spawania dla danego materiału, o określonej mocy lasera i określonej grubości, a maksymalną głębokość wtopienia można uzyskać przy odpowiedniej wartości prędkości.
6. Ogniskowa soczewki skupiającej
Soczewka skupiająca jest zazwyczaj montowana w głowicy uchwytu spawalniczego, zazwyczaj wybierana jest ogniskowa 63–254 mm (średnica 2,5–10 cali). Rozmiar plamki ogniskowej jest proporcjonalny do ogniskowej – im krótsza ogniskowa, tym mniejsza plamka. Długość ogniskowej wpływa jednak również na głębię ostrości, tzn. głębia ostrości rośnie synchronicznie z ogniskową, więc krótka ogniskowa może poprawić gęstość mocy. Jednak ze względu na małą głębię ostrości, odległość między soczewką a elementem spawanym musi być precyzyjnie utrzymywana, a głębokość wtopienia nie jest duża. Ze względu na wpływ rozprysków i trybu laserowego podczas spawania, najkrótsza głębokość ogniskowej stosowana w praktyce wynosi zazwyczaj 126 mm (średnica 5 cali). Soczewkę o ogniskowej 254 mm (średnica 10 cali) można wybrać, gdy spoina jest duża lub gdy spoina musi zostać powiększona poprzez zwiększenie rozmiaru plamki. W tym przypadku, aby uzyskać efekt głębokich otworów penetrujących, konieczna jest większa moc wyjściowa lasera (gęstość mocy).
Więcej pytań dotyczących ceny i konfiguracji ręcznej spawarki laserowej
Czas publikacji: 27.09.2022