تأثير معلمات عملية الليزر على اللحام

1.1 مستوى التركيز

1.1.1 تعريف التركيز: توزيع الطاقة للمقطع العرضي للشعاع كما هو موضح في الشكل الأيسر، والمقطع الطولي لتوزيع طاقة الشعاع كما هو موضح في الشكل الأيسر. يتم إخراج الشعاع من الليزر، وبعد المرور عبر عدسة التركيز المتوازية، فإنه سيتم التركيز على موضع معين، وتشكيل خصر الشعاع. وتتميز هذه النقطة بأن البقعة هي الأصغر، وكثافة طاقة الشعاع هي الأعلى، وهي النقطة البؤرية.

يكون توزيع طاقة الليزر متماثلًا تمامًا على طول المستوى البؤري. من خلال الظاهرة الفيزيائية لتفاعل الليزر مع المواد، يمكن تحديد حدود الطاقة، وبالتالي تحديد الموقع المركزي لنقطة التركيز.

1.2 أساس الحكم على إحداثيات الحدود:الحدود بين المناطق التي بها تناثر وتلك التي لا يوجد بها تناثر؛ طول وسطوع لهب البلازما ذو الحد الأعلى (ضوء النار) والحالة المقابلة لهب البلازما ذو الحد الأدنى (ضوء النار)، مع أخذ القيمة المتوسطة؛ المستوى الذي يكون فيه الصوت أعلى ويكون رد الفعل الجسدي أكثر شدة.

1.3 كيفية تحديد المستوى البؤري:

1.3.1. الخطوة الأولى هي تحديد المعيار

تحديد المواقع الخشنة:

إذا لم تكن متأكدًا من الموقع التقريبي لعمق التركيز، فيمكنك أولاً تحريك المحور Z إلى حيث تكون بقعة الضوء الأحمر المحوري أصغر، والتي تكون بشكل عام قريبة من عمق التركيز؛ ابحث عن أصغر نقطة إرشادية، ثم ابحث عن الحدود العلوية والسفلية لطاقة النقطة البؤرية.

الاحتياطات::

مع نفس تكوين مسار الضوء الخارجي، ستؤدي القوى المختلفة إلى أعماق مختلفة من التركيز. لذلك، عند تحديد نقطة التركيز، يجب ضبط الطاقة على أدنى مستوى ممكن لتسهيل تعيين الحدود.

1.3.2 الخطوة 2 طريقة النقطة النبضية - تحقق من وصلات اللحام

ابحث عن إحداثيات الحالة الحرجة لإلغاء التركيز الإيجابي والسلبي، ويتم أخذ نقطة المنتصف للإحداثيين كإحداثيات التركيز.

طريقة التنقيط النبضي - شاهد الشرر

بالطبع، يمكنك أيضًا الاستماع إلى الصوت، أما بالنسبة للميزة التي يجب اختيارها للحكم، فإن ذلك يعتمد على حالة الليزر والمواد الموجودة في الموقع، ويجب اختيار أيهما أكثر ملاءمة للحكم.

لاحظ أيضًا:

1) تأكد من عدم انبعاث الضوء بشكل مستمر في نفس الموضع (الضرب على سطح المادة الملساء ونقطة اللحام حيث تكون الاختلافات المميزة كبيرة سيؤدي إلى سوء تقدير كبير)؛

2) يجب أن تكون المادة المستخدمة للعثور على النقطة المحورية مسطحة، دون تغيير في الارتفاع، ويجب أن يكون السطح نظيفًا؛

3) ابحث عن نقطة التركيز عدة مرات وخذ القيمة المتوسطة لتقليل الخطأ.

1.3.3 تحديد المستوى البؤري باستخدام طريقة الخط المائل

ملاحظات على القطع:

لوحة الصلب العامة:

1) بالنسبة لأشباه الموصلات، استخدم حوالي 500 واط أو أقل؛ بالنسبة للألياف الضوئية، يكفي حوالي 300 واط؛

2) يمكن ضبط السرعة بين 80-200 مم/ثانية؛

3) كلما كانت الزاوية المائلة للوحة الفولاذ أكبر، كان ذلك أفضل، ويفضل أن تكون حوالي 45-60 درجة؛ تقع نقطة المنتصف عند بؤرة تحديد المواقع الخشنة لأصغر وألمع نقطة توجيه.

ثم ابدأ بوضع علامة على الخط. ما هو التأثير الذي يجب أن تحققه العلامة؟ من الناحية النظرية، سيتوزع هذا الخط بشكل متماثل حول النقطة المحورية، وسيخضع المسار لعملية زيادة من الصغير إلى الكبير ثم التناقص مرة أخرى، أو التناقص من الكبير إلى الصغير ثم الزيادة مرة أخرى.
بالنسبة لأشباه الموصلات، ابحث عن أنحف نقطة. ستتحول اللوحة الفولاذية إلى اللون الأبيض عند النقطة البؤرية مع خصائص لونية واضحة، والتي يمكن أيضًا أن تكون بمثابة أساس لتحديد موقع النقطة البؤرية. ثانياً، بالنسبة للألياف الضوئية، حاول التحكم في الجهة الخلفية لتكون شفافة قليلاً. إذا كان نصف شفاف قليلاً عند نقطة البؤرة، فهذا يشير إلى أن نقطة البؤرة تقع في منتصف طول الجانب الخلفي الشفاف قليلاً.

1.3.4 التنقيط الحلزوني: الجلفانومتر للعثور على التركيز

عند إقران الوضع الفردي بالجلفانومتر، يكون من الصعب أحيانًا العثور على النقطة الحرجة للسمات الفيزيائية بسبب نسبة التكبير الكبيرة جدًا. لذلك، تم اشتقاق طريقة لتحديد الخط الحلزوني، باستخدام مدخلات طاقة أكثر كثافة، لتحديد نقطة التركيز.

1) قم بإنشاء خط حلزوني داخل إطار الجلفانومتر وقم بتوسيطه.
قم بتعيين المعلمات الحلزونية:

• نصف قطر نقطة البداية 0.5 ملم

• نصف قطر نقطة النهاية 1.5 ملم

• درجة لولبية 0.5 مم؛

(* لا ينبغي تعيين نصف قطر نقطة النهاية للخط الحلزوني على نطاق كبير جدًا، ويكون بشكل عام من 1 مم إلى 2 مم مناسبًا.)

2) ال لحام يجب ضبط السرعة بشكل عام على ≥100mm/s. إذا كانت السرعة بطيئة جدًا، فإن تأثير لحام الأسلاك الحلزونية ليس واضحًا. السرعة الموصى بها هي 150 ملم/ ثانية.

1.4 لحام سرعة

• اللحام بالليزر يتكون النظام من ليزر، وألياف ناقلة، ورأس تركيز متوازي أو جلفانومتر، وما إلى ذلك. الضوء الذي يخرج من الألياف متباعد ويحتاج إلى تحويله إلى ضوء متوازي بواسطة عدسة موازية، ثم تحويله إلى حالة مركزة (مكبرة) تأثير الزجاج) من خلال عدسة التركيز. تتضمن المعلمات الأساسية أثناء تصحيح أخطاء عملية الليزر ما يلي: سرعة, قوة, كمية إزالة التركيزو غاز وقائيوما إلى ذلك. بشكل عام، يحتوي تقرير العملية المقدم من مهندسي العمليات عند الاختبار في المختبر بشكل أساسي على المعلمات الأربعة المذكورة أعلاه، بالإضافة إلى تكوين نموذج الليزر المختار.

1.4.1 تأثير السرعة على جودة اللحام: طاقة الخط

بشكل عام، قبل تحديد المعلمات التي يجب اختيارها لقطعة العمل، من الضروري أولاً تحديد سرعة المعالجة. وهذا يتطلب التواصل مع العملاء لتلبية متطلباتهم، مثل متطلبات إيقاع الإنتاج ومتطلبات الإخراج. ومن هذه الأمور، يمكنك استنتاج السرعة المطلوبة تقريبًا، ثم إجراء تصحيح أخطاء العملية على هذا الأساس.

خلال اللحام بالليزر في هذه العملية، تؤثر سرعة اللحام بشكل مباشر على كثافة طاقة الخط لشعاع الليزر، مما يؤثر بشكل كبير على حجم خط اللحام. في نفس الوقت، في ظل سرعات اللحام المختلفة، فإن نمط التدفق لحوض الذوبان أثناء عملية اللحام بالليزر يختلف أيضًا.

زيادة سرعة ليزر الألياف الواحد: سيؤدي ذلك إلى انخفاض طاقة الخط، وسوف يتغير خط اللحام من سميك إلى رقيق. سوف ينتقل من اللحام بالاختراق العميق إلى اللحام بالتوصيل حتى لا توجد علامة لحام بسبب نقص الانصهار. بشكل عام، لا يتم ضبط السرعة كثيرًا. بالنسبة للمواد عالية الانعكاس، إذا كان هناك الكثير من قطع اللحام أو نقص الانصهار، فإن تباطؤ السرعة يمكن أن يحل بعض المشكلات. يتضمن ذلك تقليل المنطقة المتأثرة بالحرارة وطاقة الخط لبعض الأجزاء الهيكلية بقطع بلاستيكية عند الحواف أو في طبقات اللحام عن طريق زيادة السرعة.

اللحام النبضي: تؤثر السرعة على معدل التداخل؛

اللحام بالليزر المستمر: المبدأ الأساسي لكيفية تأثير السرعة على اللحام هو أنها تؤثر على توزيع طاقة الخط وبالتالي مدة عمل الليزر. وهذا بدوره يؤدي إلى مستويات متفاوتة من عمق وعرض الانصهار الميتالوغرافي. وقاعدة التأثير موضحة في الصورة أدناه:

يتناقص عرض الانصهار مع زيادة سرعة اللحام. كما يتناقص عمق الاندماج مع زيادة سرعة اللحام؛ يمكن أن تؤدي زيادة السرعة إلى تقليل العيوب مثل النتوءات والتناثر إلى حد ما.

1.5 قوة اللحام

عادةً ما يتم تمثيل مدخلات طاقة اللحام بالليزر بكثافة الطاقة (طاقة الليزر مقسومة على مساحة البقعة، بوحدات ث/سم²) ومدخلات الحرارة (طاقة الليزر مقسومة على سرعة اللحام، بوحدات ث/سم²). يصف الأول شدة طاقة الليزر في النطاق المكاني، بينما يصف الأخير تراكم طاقة الليزر مع مرور الوقت.

العلاقة البسيطة بين القوة وعمق الاندماج وعرض الاندماج كما هو موضح في الصورة. بشكل عام: كلما زادت القوة، سيزداد عمق الاندماج وعرضه مع زيادة الطاقة. اللحام بالليزر لديه عتبة الطاقة. تحت هذه العتبة يسمى لحام التوصيل الحراري، وفوقه يسمى لحام الاختراق العميق. الفرق هو أن لحام الاختراق العميق لديه ثقب المفتاح.

تشمل العيوب الشائعة الناجمة عن عدم كفاية الطاقة ما يلي: اللحام الزائف، وعمق الانصهار الضحل، وعلامات اللحام غير الواضحة؛ تشمل العيوب الناجمة عن الطاقة المفرطة ما يلي: اختراق اللحام، والترشيش الكبير، والحواف المتموجة، والقطع السفلية.

العلاقة بين القوة وعمق الذوبان وعرضه: كلما زادت القوة، زاد عمق وعرض الذوبان.

1.5.1 بقعة على شكل حلقة:

ليزر الحلقة الداخلية مسؤول بشكل أساسي عن عمق الاندماج، فكلما زادت الطاقة زاد عمق الاندماج.

ليزر الحلقة الخارجية له تأثير أقل على عمق الاندماج ويؤثر بشكل رئيسي على عرض الاندماج. مع زيادة قوة الحلقة الخارجية، يصبح مظهر خط اللحام أكثر سلاسة ويزداد عرض الانصهار.

1.6 إلغاء التركيز

إزالة التركيز البؤري هي المسافة بين المستوى البؤري لليزر وسطح قطعة العمل المراد لحامها. عندما يكون المستوى البؤري فوق سطح قطعة العمل، يكون إلغاء التركيز إيجابيًا؛ عندما يكون المستوى البؤري تحت سطح قطعة العمل، يكون إلغاء التركيز سلبيًا. وبطبيعة الحال، عندما يكون المستوى البؤري على سطح قطعة العمل، يكون إلغاء التركيز البؤري صفرًا. يعتبر إلغاء التركيز معلمة مهمة في اللحام بالليزر. نظرًا لأن شعاع الليزر يتم تركيزه في نقطة بؤرية لتجميع الطاقة اللازمة للحام بواسطة العدسة داخل رأس الليزر عند الطول البؤري، لذلك، من وجهة نظر بصرية، فإن تغيير إزالة التركيز البؤري للحام بالليزر يغير بشكل أساسي منطقة بقعة العمل للحام بالليزر شعاع الليزر، وبالتالي تغيير كثافة طاقة الليزر.

بشكل عام، عند تحديد نافذة عملية، يجب تعيين نطاق إلغاء التركيز البؤري، بشكل أساسي لقطع العمل ذات الأسطح العاكسة العالية، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك الألومنيوم، وما إلى ذلك. نظرًا لأن هذه المواد لها أسطح تشبه المرآة، إذا كان إلغاء التركيز البؤري كبيرًا جدًا ، ستكون طاقة الوحدة منخفضة جدًا بحيث لا يمكنها إذابة سطح المادة بسرعة، مما يتسبب في انعكاس كمية معينة من طاقة الليزر للخلف وإتلاف عدسة رأس اللحام والوجه النهائي للألياف.

في الوقت نفسه، بعد اختيار قطر قلب الألياف، إذا كانت الفجوة بين قطع العمل كبيرة جدًا، وقد يكون هناك موقف حيث يتسرب الليزر فوق خط التماس، فيمكن استخدام إلغاء التركيز كعلاج لجعل البقعة أكبر، وبالتالي زيادة المساحة الساخنة والتأكد من أن حوض السباحة المنصهر يغطي خط التماس لمنع تسرب الضوء.

عادةً ما يتم اختيار إلغاء التركيز البؤري ليكون إيجابيًا، ولا يتم تحديد نقطة التركيز البؤري أو إلغاء التركيز البؤري السلبي للأسباب التالية: تتركز طاقة الليزر بشكل أساسي في مركز نقطة التركيز البؤري. عندما تكون نقطة التركيز على السطح أو داخل قطعة العمل، تكون كثافة طاقة الليزر داخل المجمع المنصهر عالية جدًا، مما قد يتسبب بسهولة في تناثر اللحام، وسطح اللحام الخشن، وعدم التساوي.

العلاقة بين إزالة التركيز البؤري وذوبان العمق والعرض:

يتناقص عمق الدمج مع زيادة إلغاء التركيز البؤري، ويكون عمق الدمج مع إلغاء التركيز البؤري السلبي أكبر من ذلك مع إلغاء التركيز الإيجابي؛ يزداد عرض الاندماج أولاً ثم يتناقص مع زيادة عدم التركيز.

1.7 الغاز الواقي

غاز التدريع: هناك أنواع عديدة من غازات التدريع. في خطوط الإنتاج الصناعي، غالبا ما يستخدم النيتروجين للتحكم في التكاليف. في المختبرات، يعتبر الأرجون هو الخيار الرئيسي، ولكن يتم أيضًا استخدام الهيليوم والغازات الخاملة الأخرى، عادةً في ظروف خاصة. الثلاثة الأكثر استخدامًا هي النيتروجين والأرجون والهيليوم.

لأن اللحام بالليزر هي عملية تفاعل قوي عند درجة حرارة عالية، حيث ينصهر المعدن ويتبخر، ويكون المعدن نشطًا جدًا عند درجات الحرارة المرتفعة. بمجرد مواجهته للأكسجين، سيحدث تفاعل عنيف، يتميز بكمية كبيرة من التناثر، وسطح لحام خشن وغير مستو. ولذلك، فإن الغرض من غاز التدريع هو خلق بيئة خالية من الأكسجين ضمن نطاق صغير (بالقرب من حوض السباحة المنصهر) لمنع تفاعلات الأكسدة العنيفة من التسبب في اللحامات السيئة والمظهر الخشن.

1.7.1 تأثيرات الغازات الواقية المختلفة

يمتص البخار المعدني أشعة الليزر ويتأين في سحابة البلازما. إذا كان هناك الكثير من البلازما، يتم استهلاك شعاع الليزر إلى حد ما بواسطة البلازما. يمكن لغاز التدريع تشتيت عمود البخار المعدني أو سحابة البلازما، مما يقلل من تأثير التدريع على الليزر ويزيد من الاستخدام الفعال لليزر.
وفي الوقت نفسه، يتم أيضًا تأين الغاز الواقي بواسطة الليزر عالي الطاقة. نظرًا لاختلاف طاقات التأين، سيكون لغازات التدريع المختلفة تأثيرات تدريع مختلفة على الليزر.

وفقا للبحث التجريبي، فإن ترتيب طاقة التأين هو: هيليوم > نيتروجين > أرجون.

• الهيليوم هو الأقل احتمالاً للتأين تحت تأثير الليزر، وله أقل تأثير على عملية اللحام.

• الأرجون ذو تفاعل منخفض وهو غاز خامل. لا يتفاعل مع المادة ويستخدم عادة في المختبرات.

• يعتبر النيتروجين غازاً تفاعلياً لأنه يمكن أن يتفاعل مع المواد المعدنية. يتم استخدامه بشكل عام في المواقف التي لا توجد فيها متطلبات قوة عالية، خاصة من قبل شركات خطوط الإنتاج التي تأخذ في الاعتبار التكلفة.

1.7.2 تأثير نفخ الغاز الواقي بزوايا مختلفة

كيفية تطبيق غاز التدريع الجانبي؟

• تؤثر زاوية وارتفاع غاز التدريع الجانبي الذي ينفخ بشكل مباشر على منطقة تغطية غاز التدريع والموضع الذي يعمل فيه على ثقب مفتاح البركة المنصهرة.

• بشكل عام، ينبغي مطابقة أقطار الأنابيب المختلفة ومعدلات تدفق غاز التدريع وفقًا لحجم حوض اللحام المنصهر لضمان التأثير الوقائي.

• أفضل زاوية لغاز التدريع هي 45-60 درجة، والتي يمكنها توسيع فتحة المفتاح بشكل فعال وتقليل التناثر.

الجانب تهب التدريع الغاز

المزايا: إنه مفيد في تشتيت البلازما، ويمكن للنفخ من الأمام إلى الخلف أن يمنع التناثر بشكل فعال.

التأثير: قد يؤدي إلى زيادة المسامية.

النفخ المباشر للغاز التدريعي

المزايا:

• يمكن للنفخ المباشر أن يضمن بشكل فعال منطقة تغطية الغاز الواقي فوق حوض السباحة المنصهر، وبالتالي توفير حماية جيدة.

• النفخ المباشر سهل الاستخدام ولا يتطلب أي تعديلات، على الرغم من أنه يجب الانتباه إلى أن خبث اللحام الموجود على الفوهة النحاسية يمكن أن يتداخل مع اتجاه تدفق غاز التدريع، ويمكن أن يؤثر الاضطراب على فعالية غاز التدريع.

التأثير: يمكن أن يؤدي النفخ المباشر أيضًا إلى توسيع فتحة ثقب المفتاح بشكل فعال، لكن تدفق الغاز التدريعي المفرط يمكن أن يؤدي إلى زيادة المسامية.