Лазерная сварка может осуществляться с помощью непрерывного или импульсного лазерного генератора. Принцип лазерной сварки можно разделить на сварку теплопроводностью и сварку глубоким плавлением. При плотности мощности менее 104 ~ 105 Вт/см² происходит сварка теплопроводностью, при этом происходит плавление металла на большую глубину, а скорость сварки низкая. При плотности мощности более 105 ~ 107 Вт/см² под воздействием тепла металлическая поверхность приобретает форму «замочной скважины», образуя глубокую сварку плавлением, которая характеризуется высокой скоростью сварки и большим отношением глубины к ширине.
Сегодня мы в основном рассмотрим основные факторы, влияющие на качество глубокой лазерной сварки плавлением.
1. Мощность лазера
При глубокой лазерной сварке плавлением мощность лазера определяет как глубину проплавления, так и скорость сварки. Глубина проплавления напрямую зависит от плотности мощности луча и является функцией мощности падающего луча и фокусного пятна луча. Как правило, для лазерного луча определённого диаметра глубина проплавления увеличивается с увеличением мощности луча.
2. Фокальное пятно
Размер пятна луча — одна из важнейших переменных в лазерной сварке, поскольку он определяет плотность мощности. Однако его измерение представляет собой сложную задачу для мощных лазеров, хотя существует множество косвенных методов измерения.
Размер пятна дифракционного предела в фокусе луча можно рассчитать согласно теории дифракции, однако фактический размер пятна больше расчётного значения из-за слабого фокального отражения. Простейшим методом измерения является метод изотемпературного профиля, который измеряет диаметр фокального пятна и отверстия после прожигания плотной бумаги и проникновения её через полипропиленовую пластину. Этот метод, благодаря практическим измерениям, позволяет определить мощность лазера и время воздействия луча.
3. Защитный газ
В процессе лазерной сварки часто используются защитные газы (гелий, аргон, азот) для защиты расплавленной ванны, предотвращая окисление заготовки в процессе сварки. Вторая причина использования защитного газа - защита фокусирующей линзы от загрязнения парами металла и распыления каплями жидкости. Особенно при мощной лазерной сварке выброс становится очень мощным, необходимо защищать линзу. Третьим эффектом защитного газа является то, что он очень эффективен в рассеивании плазменной защиты, создаваемой мощной лазерной сваркой. Пары металла поглощают лазерный луч и ионизируются, образуя плазменное облако. Защитный газ вокруг паров металла также ионизируется из-за тепла. Если плазмы слишком много, лазерный луч каким-то образом поглощается плазмой. В качестве второй энергии плазма существует на рабочей поверхности, что делает глубину сварки меньшей, а поверхность сварочной ванны более широкой.
Как правильно выбрать защитный газ?
4. Скорость абсорбции
Поглощение лазерного излучения материалом зависит от ряда важных свойств материала, таких как скорость поглощения, отражательная способность, теплопроводность, температура плавления и температура испарения. Среди всех факторов наиболее важным является скорость поглощения.
На степень поглощения лазерного луча материалом влияют два фактора. Первый — коэффициент сопротивления материала. Установлено, что степень поглощения материала пропорциональна квадратному корню из коэффициента сопротивления, а коэффициент сопротивления изменяется в зависимости от температуры. Во-вторых, состояние поверхности (или отделка) материала оказывает существенное влияние на степень поглощения лазерного луча, что в свою очередь существенно влияет на эффективность сварки.
5. Скорость сварки
Скорость сварки оказывает большое влияние на глубину проплавления. Увеличение скорости уменьшает глубину проплавления, но слишком низкая скорость приводит к чрезмерному расплавлению материала и проварке заготовки. Таким образом, для конкретного материала, определённой мощности лазера и толщины существует соответствующий диапазон скоростей сварки, и максимальная глубина проплавления достигается при соответствующем значении скорости.
6. Фокусное расстояние фокусирующей линзы
Фокусирующая линза обычно устанавливается в головке сварочного пистолета, обычно с фокусным расстоянием 63–254 мм (диаметр 2,5 дюйма–10 дюйма). Размер пятна фокусировки пропорционален фокусному расстоянию: чем меньше фокусное расстояние, тем меньше пятно. Однако фокусное расстояние также влияет на глубину фокусировки, то есть глубина фокусировки увеличивается синхронно с фокусным расстоянием, поэтому короткое фокусное расстояние может улучшить плотность мощности. Однако, поскольку глубина фокусировки мала, расстояние между линзой и заготовкой должно точно выдерживаться, а глубина проплавления невелика. Из-за влияния брызг и режима лазера во время сварки, наименьшая фокусная глубина, используемая в реальной сварке, обычно составляет 126 мм (диаметр 5 дюймов). Линзу с фокусным расстоянием 254 мм (диаметр 10 дюймов) можно выбрать, когда шов большой или требуется увеличить размер пятна сварки. В этом случае для достижения эффекта глубокого проплавления требуется более высокая выходная мощность лазера (плотность мощности).
Дополнительные вопросы о цене и комплектации ручного лазерного сварочного аппарата
Время публикации: 27 сентября 2022 г.