레이저 용접 과정에서 플라즈마 효과

레이저 용접 과정에서 플라즈마 효과

이 지역에서는레이저 용접용접 과정, 플라스마는 용접 과정의 효과와 품질에 중요한 영향을 미치는 일반적인 현상입니다. 플라스마는 가스의 원자 또는 분자가 양자를 잃거나 얻는 이온으로 구성되어 있으며, 양성 이온과 자유 전자를 형성합니다. 이 상태는 고체, 액체 및 기체와 다른 물질의 네 번째 상태로 간주됩니다.

1.1 플라즈마 효과 - 플라즈마 정의

플라즈마 생성

IN레이저 용접, 플라즈마 생성은 일반적으로 다음 단계를 수행합니다.

레이저 방사선: 고 에너지 레이저 빔이 작업 조각 표면을 때, 그것은 먼저 표면을 가열, 물질이 빠르게 증발 하는 원인이 됩니다.

레이저 용접불꽃의 주머니, 즉 불꽃의 제트, 노란 빛, 파란색 빛, 보라색 빛 등이 동반됩니다. 이 불꽃은 종종 플라즈마라고 불립니다.

플라즈마 정의: 레이저 용접 과정에서 레이저 방사선으로 인해 금속 물질의 증발로 생성되는 플라즈마는 광-인도 플라즈마라고 불립니다. 광-인도 플라즈마의 주요 구성 요소는 금속 증기, 자유 전자, 이온 및 전기 중립 입자입니다.

이온화 가스라고도 불리는 플라스마는 원자 또는 원자 그룹이 일부 전자를 벗겨낸 이온화 후에 생성된 이온으로 구성됩니다. 그것은 데비 길이보다 큰 규모의 거시적으로 전기적으로 중립적인 이온화 가스입니다. 그 움직임은 주로 전자기력에 의해 지배되며 중요한 집단 행동을 보여줍니다.

1.2 플라스마 효과 - 플라스마 형성

물질 증발 및 이온화: 레이저의 높은 에너지로 인해 증발 된 물질 (일반적으로 금속 증기) 는 레이저 에너지를 더 흡수합니다. 에너지가 충분히 높으면 증기의 원자와 분자가 이온화되어 플라스마를 형성합니다.이 과정에서 전자들은 원자 또는 분자로부터 압축되어 많은 양의 자유 전자와 양성

플라즈마 구름의 형성: 형성 된 플라즈마는 레이저 빔과 작업 부품 표면의 사이에 위치한 구름과 같은 구조를 형성합니다. 높은 온도와 높은 밀도 특성으로 인해 플라즈마 구름은 더 많은 레이저 에너지를 흡수하고 흩어지게하여 레이저 빔의 전송에 영향을 미칩니다.

레이저 심층 침투 용접 과정에서, 발생 레이저의 에너지 밀도가 충분히 크면, 금속을 증발시키고 용광 풀에 열쇠 구멍을 형성 할 수 있습니다. 동시에, 금속 표면과 열쇠 구멍에서 분사 된 금속 증기의 자유 전자와 보호 가스 일부의 전자는 레이저 에너지를 흡수함으로써 가속됩니다. 이것은 운동 에너지를

플라즈마 효과 - 플라즈마 주기성

1.4 에너지 전달에 있어서 플라즈마의 역할

고전력 레이저 용접 과정에서 높은 에너지 밀도가있는 레이저 빔이 지속적으로 출력됨에 따라 에너지는 작업 조각 표면에 전달되어 금속 물질을 지속적으로 녹이고 증발시킵니다. 증기 구름은 열쇠 구멍에서 빠르게 위로 분비되며, 이온화 조건을 충족하면 빠르게 이온화되어 플라스마를 형성합니다. 생성 된 플라즈

플라즈마가 형성된 후, 반사, 산란 및 흡수를 일으키는 부딪히는 빛 빔을 굴절하고 흡수하여 레이저 빔을 보호 할 수 있습니다. 결과적으로 레이저 에너지와 작업 조각의 결합에 영향을 미치며 녹기 깊기, 구멍 생성 및 용접 매듭의 구성과 같은 요소에 영향을 미칩니다. 궁극적으로

1.5 레이저의 플라즈마의 굴절

플라즈마가 더 많이 축적되면 레이저 용접에 더 많은 영향을 미칩니다. 레이저가 갈수록 에너지 밀도가 낮아지고 녹기 깊이가 급격히 감소합니다. 따라서 보호 가스가 없기 때문에 불완전한 용접과 같은 일반적인 문제가 종종 발생합니다.

혈중 음원 렌즈 효과

공기 는 광학적으로 밀도가 높은 매체이고, 플라스마는 광학적으로 희박한 매체이다. 레이저의 굴절은 분산 레이저 빔을 발생시켜 레이저의 초점 성능을 저하시키고 레이저가 분산하게 하여 에너지 밀도를 낮추게 된다. 부딪히는 레이저 빔이 플라스마를 통과하면 레이

위 그림에서 보이는 것처럼: 플라즈마는 렌즈와 같으며, 재료와 레이저 사이에 놓여 있습니다. 다른 부어 방식은 다른 용접 효과를 초래합니다. 옆 부어 플라즈마가 부어지지 않을 수 있으며 직접 부는 더 좋습니다.

1.6 레이저 광의 플라즈마 흡수

레이저 에너지의 흡수는 플라즈마에 의해 온도와 이온화 정도가 계속 증가하도록 만듭니다. 흡수 과정은 정상적인 흡수와 비정상적인 흡수로 나눌 수 있습니다.

반방향 브렘스트라링 흡수 (normal absorption) 라고도 불리는 정상적인 흡수는 전자들이 레이저 전기장으로부터 흥분되어 고주파 진동에 시달리는 상황을 말한다. 그것들은 주변 입자와 충돌하여 서로 에너지를 전달하여 플라즈마의 온도와 이온화를 증가시킨다.

이상 흡수란 레이저 에너지가 일련의 충돌 방지 메커니즘을 통해 플라즈마 파동 에너지로 변환되고, 다른 분산 메커니즘을 통해 플라즈마 열 에너지로 변환되어 공기 속으로 유도되고 분산되는 과정을 의미합니다.

레이저에 플라즈마의 흡수 효과 때문에, 발생 레이저 에너지의 일부만 플라즈마를 침투하고 작업 조각의 표면에 도달 할 수 있습니다. 이것은 외부 광 경로 (레이저 qbh에서 재료 표면) 에서 에너지 전송 손실을 증가시키고, 레이저 에너지 밀도를 감소시키고, 전체 흡수율을 감소시킵니다. 창

1.7 혈중 효과 억제

플라즈마 굴절 지수와 음 렌즈 효과에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.

레이저 전력 밀도:

전력 밀도가 높을수록 플라즈마의 온도가 높습니다. 즉 플라즈마에 있는 전자 밀도가 높을수록 굴절 지수가 작아지고,

레이저 파장:파장과 각기 주파수 사이의 관계는 ω = 2πc/λ (c는 빛의 속도, λ는 파장) 이다. 레이저 파장이 클수록 각기 주파수와 굴절 지수가 작아지므로 부정적인 렌즈 효과는 더 뚜렷하다. 단파 (푸른 빛, 녹색 빛) 용

보호 가스 유형: 같은 온도에서 아르곤의 이온화 정도가 더 높고, 결과적으로 더 큰 전자 밀도와 더 작은 굴절 지수가 발생하여 부정적인 렌즈 효과가 더 두드러집니다. 비교하여 헬륨 가스의 보호 효과가 더 좋습니다.

보호 가스 흐름:특정 범위 내에서 가스 흐름 속도를 높이면 녹은 풀 위에 있는 플라즈마 구름이 날아가게 되고, 이로 인해 플라즈마의 부정적인 렌즈 효과를 줄일 수 있다.

용접할 재료: 일반적으로 선택의 여지가 없습니다. 용접할 재료의融点이 낮고 이온화하기 쉬울 경우, 플라즈마 내 전자 수밀도가 증가하여 음렌즈 효과가 크게 증가하게 됩니다. 만약 이 가능성이 레이저에 더 큰 영향을 미친다면, 전자빔과 같은 다른 고에너지 빔 처리 방식을 고려해야 합니다.

용접 과정에서 플라즈마에 영향을 미치는 많은 요인이 있습니다.

레이저 파장: 플라즈마의 발화 값과 유지 임계값은 파장의 제곱에 비례합니다. 짧은 파동 레이저 (파동 빛, 녹색 빛) 는 짧은 플라즈마 유지 시간을 가지고 있으며 프로세스가 더 안정적입니다.

레이저 전력 밀도:레이저 전력 밀도의 증가와 함께 플라즈마의 전자 온도와 밀도가 증가합니다, 과도한 전력 밀도는 플라즈마 불안정의 주요 원인입니다 (복합 열원 (반반도체, 섬유 반도체 복합, 레이저 활 복합) 은 열원 에너지 분포 제어 효과를

점 크기: 점 지름이 작을수록 플라즈마 발화 값과 유지 보수 값이 높습니다 (바퀴 을 피할 수 있습니다);

재료 특성: 재료의 밀도와 이온화 에너지는 플라스마에 큰 영향을 미칩니다. 이온화 에너지가 낮고 금속의 반사성이 높을수록 깊은 침투 용접의 안정성에 영향을 미치는 플라스마 효과에 더 민감합니다.

대기 가스 및 압력: 일반적으로 좋은 열 전도성과 높은 이온화 에너지를 가진 가스는 높은 플라즈마 발화 값과 유지 관점 인 것으로 믿어집니다. 대기 압력이 낮을수록 전자 온도, 전자 밀도 및 플라즈마 중심 높이가 낮습니다. 진공 및 압력 조건에서 레이저 심층 침투 용접은 정상적인 압

가스 흐름:환경 가스 흐름 속도가 증가함에 따라 플라즈마의 부피가 감소하여 레이저의 흡수율을 감소시킵니다. 이것은 또한 깊이 침투 용접 과정에 플라즈마의 영향을 효과적으로 줄일 수 있습니다.그러나 과도한 공기 흐름은 용접 풀의 표면 변동과 녹은 금속의 스프레이싱,

용접 속도: 용접 속도 감소와 함께 플라즈마의 핵 온도가 증가합니다. 용접 속도가 낮을수록 플라즈마를 생성하는 것이 더 쉽고 불안정합니다. 어느 정도 속도 증가도 용접 과정의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

레이저와의 간섭을 줄이거나 제거하기 위해 위의 요인 중 일부를 변경하여 플라즈마를 제어합니다.

통제 방법에는 다음의 것들이 포함됩니다.

스윙 용접: 레이저 처리 머리는 용접 방향으로 앞뒤로 흔들립니다. 키홀이 나타나고 플라스마가 형성되기 전에 빛 스팟은 즉시 용접 풀의 뒷 가장자리 또는 다른 위치에 이동하여 플라스마가 빛 전송 경로에 영향을 미치지 않도록합니다.

펄스 레이저 용접: 레이저의 펄스와 주파수를 조절하여 레이저의 방사시간이 플라즈마의 형성시간보다 짧게 만들어집니다. 이것은 레이저가 플라즈마의 형성 및 분산 주기의 분산 단계에서 항상 타격을 보장하며, 빛 전송에 플라즈마의 간섭을 피합니다.

저압 용접: 저압 용접을 사용하면 압력이 일정 수준 이하로 떨어지면 재료 표면과 열쇠 구멍 내부의 금속 증기 밀도가 작고 플라스마가 사라집니다.

폭발 보호 가스:

하나는 플라즈마를 날려버리기 위해 보조 가스를 사용하는 것입니다.

또 다른 방법은 좋은 열전도성과 높은 이온화 에너지를 가진 가스를 사용하여 환경 가스 이온화를 억제하고 금속 이온 증기를 압축하는 것입니다. 주공과 함께 양층 노즐 동축을 사용할 수 있습니다. 외부 노즐은 수평 방향과 특정 각도를 형성합니다. 외부 층에서 공기 흐름의 방사선 구성 요소는 플라

레이저 출력, 물질의 표면을 방사, 플라즈마를 생성. 광-인도 플라즈마의 밀도가 너무 높으면, 그것은 레이저 에너지 손실을 크게 증가시켜 작업 조각 표면에 발생하는 에너지 밀도 현상을 약화시킵니다. 생성 된 금속 증기의 양은 감소하고 플라즈마는 점차 사라집니다.이 시점에서 레이저