Laserové zváranie je možné realizovať kontinuálnym alebo pulzným laserovým generátorom. Princíp laserového zvárania možno rozdeliť na tepelnovodivé zváranie a laserové hlboko tavné zváranie. Hustota výkonu menšia ako 104~105 W/cm2 je tepelnovodivé zváranie, pri ktorom je hĺbka tavenia a rýchlosť zvárania pomalá. Keď je hustota výkonu väčšia ako 105~107 W/cm2, kovový povrch sa pôsobením tepla prehne do konkávnych „kľúčových dierok“, čím vzniká hlboko tavné zváranie, ktoré sa vyznačuje vysokou rýchlosťou zvárania a veľkým pomerom hĺbky k šírke.
Dnes sa budeme venovať najmä znalostiam hlavných faktorov, ktoré ovplyvňujú kvalitu laserového hlbokého tavného zvárania.
1. Výkon laseru
Pri laserovom hlbokom tavnom zváraní riadi výkon lasera hĺbku prieniku aj rýchlosť zvárania. Hĺbka zvaru priamo súvisí s hustotou výkonu lúča a je funkciou výkonu dopadajúceho lúča a ohniska lúča. Vo všeobecnosti sa pri laserovom lúči s určitým priemerom hĺbka prieniku zvyšuje so zvyšujúcim sa výkonom lúča.
2. Ohnisková škvrna
Veľkosť bodu lúča je jednou z najdôležitejších premenných pri laserovom zváraní, pretože určuje hustotu výkonu. Jej meranie je však pre vysokovýkonné lasery náročné, hoci existuje mnoho techník nepriameho merania.
Medzná veľkosť difrakčnej škvrny v ohnisku lúča sa dá vypočítať podľa difrakčnej teórie, ale skutočná veľkosť škvrny je väčšia ako vypočítaná hodnota kvôli slabému odrazu ohniska. Najjednoduchšou metódou merania je metóda izoteplotného profilu, ktorá meria priemer ohniska a perforáciu po spálení hrubého papiera a preniknutí cez polypropylénovú dosku. Táto metóda prostredníctvom meracej praxe zvláda veľkosť laserového výkonu a čas pôsobenia lúča.
3. Ochranný plyn
Pri laserovom zváraní sa často používajú ochranné plyny (hélium, argón, dusík) na ochranu roztaveného kúpeľa, čím sa zabraňuje oxidácii obrobku počas zvárania. Druhým dôvodom použitia ochranného plynu je ochrana zaostrovacej šošovky pred kontamináciou kovovými parami a rozprašovaním kvapôčkami kvapaliny. Najmä pri vysokovýkonnom laserovom zváraní sa výron stáva veľmi silným, takže je potrebné šošovku chrániť. Tretím účinkom ochranného plynu je, že je veľmi účinný pri rozptyľovaní plazmového tienenia vytvoreného vysokovýkonným laserovým zváraním. Kovová para absorbuje laserový lúč a ionizuje sa do plazmového oblaku. Ochranný plyn okolo kovovej pary tiež ionizuje v dôsledku tepla. Ak je plazmy príliš veľa, laserový lúč je nejako spotrebovaný plazmou. Ako druhá energia sa na pracovnom povrchu nachádza plazma, ktorá zmenšuje hĺbku zvaru a rozširuje povrch zvarového kúpeľa.
Ako si vybrať správny ochranný plyn?
4. Miera absorpcie
Absorpcia laserového žiarenia materiálom závisí od niektorých dôležitých vlastností materiálu, ako je miera absorpcie, odrazivosť, tepelná vodivosť, teplota topenia a teplota odparovania. Zo všetkých faktorov je najdôležitejší miera absorpcie.
Dva faktory ovplyvňujú rýchlosť absorpcie laserového lúča materiálom. Prvým je koeficient odporu materiálu. Zistilo sa, že rýchlosť absorpcie materiálu je úmerná druhej odmocnine koeficientu odporu a koeficient odporu sa mení s teplotou. Po druhé, stav povrchu (alebo úprava) materiálu má dôležitý vplyv na rýchlosť absorpcie lúča, čo má významný vplyv na zvárací účinok.
5. Rýchlosť zvárania
Rýchlosť zvárania má veľký vplyv na hĺbku prieniku. Zvýšenie rýchlosti zníži hĺbku prieniku, ale príliš nízka rýchlosť povedie k nadmernému taveniu materiálov a prevareniu obrobku. Preto existuje vhodný rozsah rýchlosti zvárania pre konkrétny materiál s určitým výkonom laseru a určitou hrúbkou a maximálnu hĺbku prieniku je možné dosiahnuť pri zodpovedajúcej hodnote rýchlosti.
6. Ohnisková vzdialenosť zaostrovacej šošovky
V hlave zváracej pištole sa zvyčajne inštaluje zaostrovacia šošovka, zvyčajne sa volí ohnisková vzdialenosť 63 ~ 254 mm (priemer 2,5 "~ 10"). Veľkosť zaostrovacej škvrny je úmerná ohniskovej vzdialenosti, čím kratšia je ohnisková vzdialenosť, tým menšia je škvrna. Dĺžka ohniskovej vzdialenosti však ovplyvňuje aj hĺbku ostrosti, to znamená, že hĺbka ostrosti sa zvyšuje synchrónne s ohniskovou vzdialenosťou, takže krátka ohnisková vzdialenosť môže zlepšiť hustotu výkonu, ale pretože hĺbka ostrosti je malá, vzdialenosť medzi šošovkou a obrobkom sa musí presne udržiavať a hĺbka prieniku nie je veľká. Vzhľadom na vplyv striekajúcej vody a laserového režimu počas zvárania je najkratšia ohnisková hĺbka používaná pri skutočnom zváraní väčšinou 126 mm (priemer 5"). Šošovku s ohniskovou vzdialenosťou 254 mm (priemer 10") je možné zvoliť, keď je šev veľký alebo je potrebné zväčšiť zvar zväčšením veľkosti škvrny. V tomto prípade je na dosiahnutie efektu hlbokého prieniku potrebný vyšší výstupný výkon laseru (hustota výkonu).
Ďalšie otázky o cene a konfigurácii ručného laserového zváracieho stroja
Čas uverejnenia: 27. septembra 2022