레이저 공정 매개변수가 용접에 미치는 영향

1.1 초점면
1.1.1 초점 정의: 빔 단면의 에너지 분포는 왼쪽 그림과 같으며, 빔 에너지 분포의 세로 단면도 왼쪽 그림과 같습니다. 빔은 TH에서 출력됩니다 ...

1.1 초점면

1.1.1 초점 정의: 빔 단면의 에너지 분포는 왼쪽 그림과 같고, 빔 에너지 분포의 세로 단면도 왼쪽 그림과 같습니다. 빔은 레이저에서 출력되며 시준 초점 렌즈를 통과한 후 특정 위치에 초점을 맞춰 빔 웨이스트를 형성합니다. 이 포인트는 스폿이 가장 작고, 초점이 되는 빔의 에너지 밀도가 가장 높다는 특징을 가지고 있습니다.

레이저 에너지의 분포는 초점면을 따라 엄격하게 대칭입니다. 레이저가 물질과 상호작용하는 물리적 현상을 통해 에너지 경계를 결정하여 초점의 중심 위치를 결정할 수 있습니다.

1.2 경계좌표 판단의 근거: 스패터가 있는 영역과 스패터가 없는 영역의 경계; 상한 플라즈마 불꽃(불꽃)의 길이와 밝기, 그리고 하한 플라즈마 불꽃(불빛)의 해당 상태, 중앙값을 취함. 소리가 가장 크고 신체적 반응이 가장 강렬한 평면입니다.

1.3 초점면을 결정하는 방법:

1.3.1. 첫 번째 단계는 벤치마크를 설정하는 것입니다.

대략적인 위치 지정:

초점 심도의 대략적인 위치가 확실하지 않은 경우 먼저 Z축을 동축 적색광의 스폿이 가장 작은 곳(일반적으로 초점 심도 근처)으로 이동할 수 있습니다. 가장 작은 가이드 스팟을 찾은 다음 초점 에너지의 상한 및 하한 경계를 찾습니다.

주의 사항:

외부 광선 경로 구성이 동일하더라도 출력이 다르면 초점 심도가 달라집니다. 따라서 초점을 결정할 때 경계를 설정하기 쉽도록 출력을 최대한 낮게 설정해야 합니다.

1.3.2 2단계 펄스 도트 방식 - 솔더 조인트 확인

포지티브 및 네거티브 디포커스의 임계 상태 좌표를 검색하면 두 좌표의 중간점이 초점 좌표로 사용됩니다.

펄스 도트 방식 - 스파크 관찰

물론 소리를 들을 수도 있는데 어떤 기능을 선택하여 판단할지는 현장의 레이저와 재료의 상황에 따라 달라지며 판단에 더 편리한 기능을 선택해야 합니다.

참고 사항 :

1) 동일한 위치에서 연속적으로 빛을 방출하지 마십시오. (매끄러운 재료 표면과 특성 차이가 큰 용접 지점에 부딪히면 심각한 오판이 발생할 수 있습니다.)

2) 초점을 찾는 데 사용되는 재료는 평평해야 하며 높이 변화가 없어야 하며 표면이 깨끗해야 합니다.

3) 초점을 여러 번 찾아 평균값을 취하여 오류를 줄입니다.

1.3.3 사선법을 이용한 초점면 결정

슬래싱에 대한 참고 사항:

일반강판:

1) 반도체의 경우 약 500W 이하를 사용하십시오. 광섬유의 경우 약 300W이면 충분합니다.

2) 속도는 80-200mm/s 사이에서 설정할 수 있습니다.

3) 강판의 베벨 각도가 클수록 더 좋고, 바람직하게는 약 45-60도입니다. 중간점은 가장 작고 가장 밝은 가이드 지점의 대략적인 위치 결정 초점에 위치합니다.

그런 다음 선 표시를 시작하십시오. 마킹은 어떤 효과를 달성해야 합니까? 이론적으로 이 선은 초점을 중심으로 대칭적으로 분포하며, 궤적은 작은 것에서 큰 것으로 증가한 다음 다시 감소하거나, 큰 것에서 작은 것으로 감소한 다음 다시 증가하는 과정을 겪게 됩니다.
반도체의 경우 가장 얇은 지점을 찾으세요. 강철판은 명확한 색상 특성으로 초점에서 흰색으로 변하며 이는 초점을 찾는 기초로도 사용할 수 있습니다. 둘째, 광섬유의 경우 뒷면이 약간 반투명하도록 제어하십시오. 초점이 약간 반투명하다면 초점이 뒷면의 약간 반투명한 길이의 중간점에 있음을 나타냅니다.

1.3.4 나선형 도트: 초점을 찾기 위한 검류계

단일 모드가 검류계와 결합되면 배율이 지나치게 크기 때문에 물리적 특징의 임계점을 찾는 것이 때로는 어렵습니다. 따라서 초점을 결정하기 위해 보다 밀도 있는 에너지 입력을 사용하여 나선형 선을 표시하는 방법이 도출됩니다.

1) 검류계 프레임 내에 나선형 선을 만들고 중앙에 놓습니다.
나선 매개변수를 설정합니다.

•시작점 반경 0.5mm

•종료점 반경 1.5mm

•나선형 피치 0.5mm;

(*나선형 선의 끝점 반경은 너무 크게 설정하면 안 되며, 일반적으로 1mm~2mm가 적당합니다.)

2) 용접 속도는 일반적으로 ≥100mm/s로 설정되어야 합니다. 속도가 너무 느리면 나선형 와이어 용접 효과가 분명하지 않습니다. 권장 속도는 150mm/s입니다.

1.4 용접 속도

이 어플리케이션에는 XNUMXµm 및 XNUMXµm 파장에서 최대 XNUMXW의 평균 전력을 제공하는 레이저 용접 시스템은 레이저, 전송 광섬유, 시준 포커싱 헤드 또는 검류계 등으로 구성됩니다. 광섬유에서 나오는 빛은 발산하며 시준 렌즈에 의해 평행광으로 바뀌고 초점이 맞춰진 상태(확대)로 변환되어야 합니다. 유리 효과) 초점 렌즈를 통해. 레이저 공정 디버깅 중 주요 매개변수는 다음과 같습니다. 속도, 힘, 초점이 흐려지는 양및 보호 가스일반적으로 실험실에서 테스트할 때 프로세스 엔지니어가 제공하는 프로세스 보고서에는 주로 위의 4개 매개변수와 선택한 레이저 모델 구성이 포함됩니다.

1.4.1 용접 품질에 대한 속도의 영향: 라인 에너지

일반적으로 공작물에 대해 어떤 매개변수를 선택할지 결정하기 전에 먼저 처리 속도를 결정해야 합니다. 이를 위해서는 생산 리듬 요구 사항, 출력 요구 사항 등 고객의 요구 사항을 충족하기 위해 고객과의 커뮤니케이션이 필요합니다. 이를 통해 필요한 속도를 대략적으로 추론한 다음 이를 기반으로 프로세스 디버깅을 수행할 수 있습니다.

시 레이저 용접 공정에서 용접 속도는 레이저 빔의 라인 에너지 밀도에 직접적인 영향을 미치며 이는 용접 이음새의 크기에 큰 영향을 미칩니다. 한편, 용접 속도가 다르면 레이저 용접 공정 중 용융 풀의 흐름 패턴도 달라집니다.

단일 광섬유 레이저의 속도 증가: 이로 인해 라인 에너지가 감소하고 용접 이음매가 두꺼운 것에서 얇은 것으로 변경됩니다. 융착 부족으로 인해 용접 흔적이 없을 때까지 심용입 용접에서 전도 용접으로 전환됩니다. 일반적으로 속도는 너무 많이 조정되지 않습니다. 반사율이 높은 재료의 경우 세그먼트 용접이 많거나 융합이 부족한 경우 속도를 늦추면 일부 문제를 해결할 수 있습니다. 여기에는 속도를 높여 가장자리에 플라스틱 조각이 있거나 층상 용접이 있는 일부 구조 부품의 열 영향 구역 및 라인 에너지를 줄이는 것이 포함됩니다.

펄스용접: 속도는 중첩률에 영향을 미칩니다.

연속 레이저 용접: 속도가 용접에 미치는 영향의 핵심 원리는 라인 에너지 분포와 레이저 작동 지속 시간에 영향을 미친다는 것입니다. 이는 결국 다양한 수준의 금속학적 융합 깊이와 폭으로 이어집니다. 영향의 규칙은 아래 이미지에 설명되어 있습니다.

용접 속도가 증가함에 따라 융합 폭은 감소합니다. 용접 속도가 증가함에 따라 융합 깊이도 감소합니다. 속도를 높이면 언더컷이나 스패터와 같은 결함을 어느 정도 줄일 수 있습니다.

1.5 용접력

레이저 용접 에너지 입력은 일반적으로 에너지 밀도(레이저 출력을 스폿 면적으로 나눈 값(w/cm² 단위))와 열 입력(레이저 출력을 용접 속도로 나눈 값(w/cm² 단위))으로 표시됩니다. 전자는 공간 범위에서 레이저 에너지의 강도를 설명하는 반면, 후자는 시간에 따른 레이저 에너지의 누적을 설명합니다.

전력, 융합 깊이, 융합 폭 사이의 간단한 관계는 이미지에 표시된 것과 같습니다. 일반적으로 말하자면, 출력이 클수록 융합 깊이와 폭도 출력에 따라 증가합니다. 레이저 용접 에너지 임계값이 있습니다. 이 임계값 아래에서는 열전도 용접이라고 하며, 그 이상에서는 심용입 용접이라고 합니다. 차이점은 심용입 용접에 열쇠 구멍이 있다는 것입니다.

전력 부족으로 인해 발생하는 일반적인 결함에는 잘못된 용접, 얕은 융착 깊이, 불분명한 용접 표시 등이 있습니다. 과도한 전력으로 인한 결함에는 용접 침투, 큰 스패터, 물결 모양 가장자리 및 언더컷이 포함됩니다.

출력과 용융 깊이 및 폭 사이의 관계: 출력이 클수록 용융 깊이와 폭이 커집니다.

1.5.1 고리 모양의 반점:

내부 링 레이저는 주로 융합 깊이를 담당하며, 전력이 증가할수록 융합 깊이도 증가합니다.

외부 링 레이저는 융합 깊이에 미치는 영향이 적고 주로 융합 폭에 영향을 미칩니다. 외륜의 출력이 증가함에 따라 용접 이음매의 외관이 부드러워지고 융착 폭이 증가합니다.

1.6 초점 흐림

초점 흐림은 레이저 초점면과 용접할 공작물 표면 사이의 거리입니다. 초점면이 공작물 표면 위에 있으면 포지티브 디포커스입니다. 초점면이 공작물 표면 아래에 있으면 네거티브 디포커스입니다. 당연히 초점면이 공작물 표면에 있을 때 초점 흐림은 0입니다. 초점 흐림은 레이저 용접에서 중요한 매개변수입니다. 레이저 빔은 레이저 헤드 내부의 렌즈에 의해 용접에 필요한 에너지를 초점 거리에 집중시키기 위해 초점에 집중되므로 광학적 관점에서 볼 때 레이저 용접의 디포커스를 변경하면 본질적으로 레이저 용접의 작업 지점 영역이 변경됩니다. 레이저 빔으로 인해 레이저 출력 밀도가 변경됩니다.

일반적으로 프로세스 창이 지정되면 주로 스테인레스 스틸, 알루미늄 합금 등과 같이 반사율이 높은 표면을 가진 작업물의 경우 초점 흐림 범위를 설정해야 합니다. 이러한 재료는 거울과 같은 표면을 가지므로 초점 흐림이 너무 크면 , 단위 에너지가 너무 낮아 재료 표면을 빠르게 녹일 수 없으며 일정량의 레이저 에너지가 반사되어 용접 헤드의 렌즈와 섬유의 끝면이 손상됩니다.

동시에, 섬유 코어 직경을 선택한 후 작업물 사이의 간격이 너무 크고 레이저가 솔기 위로 누출되는 상황이 있을 수 있는 경우 초점 흐림을 해결 방법으로 사용하여 스폿을 더 크게 만들 수 있습니다. 가열 면적을 늘리고 용융 풀이 이음새를 덮어 빛 누출을 방지합니다.

디포커싱은 일반적으로 포지티브 방향으로 선택되며 초점이나 네거티브 디포커스 모두 선택되지 않습니다. 그 이유는 레이저 에너지가 주로 초점 중심에 집중되기 때문입니다. 초점이 공작물의 표면이나 내부에 있는 경우 용융 풀 내부의 레이저 출력 밀도가 너무 높아 용접 튀김, 거친 용접 표면 및 불균일이 쉽게 발생할 수 있습니다.

디포커스와 용융 깊이 및 폭 사이의 관계:

융합 깊이는 디포커스가 증가함에 따라 감소하며, 네거티브 디포커스의 융합 깊이는 포지티브 디포커스의 융합 깊이보다 큽니다. 융합의 폭은 먼저 증가하고 디포커스가 증가함에 따라 감소합니다.

1.7 보호가스

보호 가스: 보호 가스에는 다양한 유형이 있습니다. 산업 생산 라인에서는 비용을 통제하기 위해 질소를 사용하는 경우가 많습니다. 실험실에서는 아르곤이 주요 선택이지만 일반적으로 특별한 상황에서는 헬륨 및 기타 불활성 가스도 사용됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 세 가지는 질소, 아르곤 및 헬륨입니다.

때문에 레이저 용접 금속이 녹고 증발하는 고온의 격렬한 반응 과정이며, 금속은 고온에서 매우 활동적입니다. 산소와 만나면 다량의 스패터링과 거칠고 고르지 못한 용접 표면을 특징으로 하는 격렬한 반응이 발생합니다. 따라서 보호 가스의 목적은 좁은 범위(용융 풀 근처) 내에서 무산소 환경을 조성하여 격렬한 산화 반응으로 인해 용접 불량 및 외관이 거칠어지는 것을 방지하는 것입니다.

1.7.1 다양한 보호가스의 영향

금속 증기는 레이저 빔을 흡수하여 플라즈마 구름으로 이온화됩니다. 플라즈마가 너무 많으면 레이저 빔이 플라즈마에 의해 어느 정도 소모됩니다. 차폐 가스는 금속 증기 기둥이나 플라즈마 구름을 분산시켜 레이저에 대한 차폐 효과를 줄이고 레이저의 효과적인 활용도를 높일 수 있습니다.
동시에 고에너지 레이저에 의해 보호 가스도 이온화됩니다. 이온화 에너지가 다르기 때문에 차폐 가스가 다르면 레이저에 대한 차폐 효과도 달라집니다.

실험 연구에 따르면 이온화 에너지의 순위는 다음과 같습니다. 헬륨 > 질소 > 아르곤.

• 헬륨은 레이저 작용으로 이온화될 가능성이 가장 낮으며 용접 공정에 미치는 영향도 가장 적습니다.

• 아르곤은 반응성이 낮고 불활성 기체입니다. 물질과 반응하지 않으며 일반적으로 실험실에서 사용됩니다.

• 질소는 금속 물질과 반응할 수 있기 때문에 반응성 가스입니다. 일반적으로 고강도 요구 사항이 없는 상황, 특히 비용을 고려하는 생산 라인 회사에서 사용됩니다.