Invloed van laserprocesparameters op het lassen

1.1 Focusvlak

1.1.1 Focusdefinitie：De energieverdeling van de dwarsdoorsnede van de bundel is zoals weergegeven in de linkerafbeelding, en de longitudinale doorsnede van de energieverdeling van de bundel is ook zoals weergegeven in de linkerafbeelding. De straal wordt door de laser uitgevoerd en nadat hij door de collimerende focusseringslens is gegaan, zal deze op een bepaalde positie scherpstellen, waardoor een straaltaille wordt gevormd. Dit punt heeft de eigenschap dat de vlek het kleinst is en de energiedichtheid van de straal het hoogst is, wat het brandpunt is.

De verdeling van laserenergie is strikt symmetrisch langs het brandpuntsvlak. Door het fysieke fenomeen van laserinteractie met materialen kan men de energiegrens bepalen en daarmee de centrale positie van het focuspunt bepalen.

1.2 De basis voor het beoordelen van de grenscoördinaten:De grens tussen gebieden met en zonder spatten; De lengte en helderheid van de bovengrens plasmavlam (vuurlicht) en de overeenkomstige toestand van de ondergrens plasmavlam (vuurlicht), waarbij de mediaanwaarde is genomen; Het vlak waar het geluid het luidst is en de fysieke reactie het meest intens is.

1.3 Hoe het brandvlak te bepalen:

1.3.1. De eerste stap is het vaststellen van de benchmark

Grove positionering:

Als u niet zeker weet waar de scherptediepte ongeveer ligt, kunt u eerst de Z-as verplaatsen naar het punt waar het coaxiale rode licht het kleinst is, wat doorgaans dichtbij de scherptediepte ligt; Zoek de kleinste richtpunt en zoek vervolgens naar de boven- en ondergrenzen van de energie van het brandpunt.

Voorzorgsmaatregelen:

Met dezelfde externe lichtpadconfiguratie zullen verschillende krachten resulteren in verschillende scherptedieptes. Daarom moet bij het bepalen van het brandpunt het vermogen zo laag mogelijk worden ingesteld om het stellen van de grenzen gemakkelijker te maken.

1.3.2 Stap 2 Pulse dot-methode - controleer de soldeerverbindingen

Zoek naar de coördinaten van de kritieke toestand van positieve en negatieve onscherpte. Het middelpunt van de twee coördinaten wordt genomen als focuscoördinaten.

Pulse dotting-methode - let op de vonken

Natuurlijk kunt u ook naar het geluid luisteren. Welke functie u voor beoordeling moet kiezen, hangt af van de situatie van de laser en het materiaal ter plaatse, en welke optie het handigst is voor beoordeling, moet worden gekozen.

Let ook op:

1） Zorg ervoor dat u niet continu licht uitstraalt op dezelfde positie (het aanraken van het gladde materiaaloppervlak en het laspunt waar de karakteristieke verschillen groot zijn, zal een aanzienlijke verkeerde beoordeling veroorzaken);

2）Het materiaal dat wordt gebruikt om het brandpunt te vinden, moet vlak zijn, zonder hoogteveranderingen, en het oppervlak moet schoon zijn;

3) Zoek het brandpunt meerdere keren en neem de gemiddelde waarde om de fout te verminderen.

1.3.3 Bepaling van het brandpuntsvlak met behulp van de schuine lijnmethode

Opmerkingen over het snijden:

Algemene stalen plaat:

1） Gebruik voor halfgeleiders ongeveer 500 W of minder; voor glasvezel is ongeveer 300 W voldoende;

2）De snelheid kan worden ingesteld tussen 80-200 mm/s;

3) Hoe groter de schuine hoek van de stalen plaat, hoe beter, bij voorkeur rond de 45-60 graden; het middelpunt bevindt zich op het grove positioneringsfocus van het kleinste en helderste richtpunt.

Begin dan met het markeren van de lijn. Welk effect moet de markering bereiken? Theoretisch zal deze lijn zich symmetrisch rond het brandpunt verdelen, en zal het traject een proces ondergaan van stijgend van klein naar groot en dan weer afnemend, of afnemend van groot naar klein en dan weer stijgend.
Zoek bij halfgeleiders naar het dunste punt. De stalen plaat wordt op het brandpunt wit met duidelijke kleurkenmerken, die ook als basis kunnen dienen voor het lokaliseren van het brandpunt. Ten tweede: probeer bij glasvezel de achterkant enigszins doorschijnend te maken. Als het licht doorschijnend is op het brandpunt, betekent dit dat het brandpunt zich in het midden van de enigszins doorschijnende lengte van de achterkant bevindt.

1.3.4 Spiraaldotting: galvanometer om de focus te vinden

Wanneer single-mode wordt gecombineerd met een galvanometer, is het soms moeilijk om het kritische punt van fysieke kenmerken te vinden vanwege de buitensporig grote vergrotingsverhouding. Daarom is een methode ontwikkeld voor het markeren van een spiraallijn, waarbij gebruik wordt gemaakt van een dichtere energie-input, om het brandpunt te bepalen.

1）Maak een spiraallijn binnen het frame van de galvanometer en centreer deze.
Stel de helixparameters in:

•Startpuntradius 0.5 mm

•Eindpuntradius 1.5 mm

•Spiraalsteek 0.5 mm;

(*De eindpuntradius van de spiraallijn mag niet te groot worden ingesteld; over het algemeen is 1 mm ~ 2 mm geschikt.)

2）De lassen snelheid moet over het algemeen worden ingesteld op ≥100 mm/s. Als de snelheid te laag is, is het effect van het spiraaldraadlassen niet duidelijk. De aanbevolen snelheid is 150 mm/s.

1.4 Lassen snelheid

De laserlassen systeem bestaat uit een laser, transmissievezel, collimerende focusseerkop of galvanometer, enz. Het licht dat uit de vezel komt is divergerend en moet door een collimerende lens in parallel licht worden omgezet en vervolgens worden omgezet in een gefocusseerde toestand (vergrotende lens). glaseffect) door een focusseerlens. De belangrijkste parameters tijdens het debuggen van laserprocessen zijn onder meer: snelheid, energie, defocusserende hoeveelheid en beschermend gas, enz. Over het algemeen bevat het procesrapport dat door procesingenieurs wordt verstrekt bij testen in het laboratorium voornamelijk de bovengenoemde vier parameters, evenals de gekozen lasermodelconfiguratie.

1.4.1 Effect van snelheid op laskwaliteit: lijnenergie

Over het algemeen is het, voordat u beslist welke parameters u voor een werkstuk moet kiezen, eerst de verwerkingssnelheid bepalen. Dit vereist communicatie met de klant om aan zijn eisen te voldoen, zoals eisen aan het productieritme en outputeisen. Hieruit kunt u bij benadering de vereiste snelheid afleiden en op basis hiervan procesfoutopsporing uitvoeren.

Tijdens het laserlassen proces heeft de lassnelheid rechtstreeks invloed op de lijnenergiedichtheid van de laserstraal, wat de grootte van de lasnaad aanzienlijk beïnvloedt. Ondertussen varieert bij verschillende lassnelheden ook het stromingspatroon van het smeltbad tijdens het laserlasproces.

Verhoging van de snelheid van een enkele fiberlaser: Hierdoor neemt de lijnenergie af en verandert de lasnaad van dik naar dun. Er wordt overgegaan van lassen met diepe penetratie naar geleidingslassen totdat er geen lasmarkering meer aanwezig is vanwege een gebrek aan smelting. Over het algemeen wordt de snelheid niet te veel aangepast. Als er bij sterk reflecterende materialen sprake is van veel segmentlassen of een gebrek aan versmelting, kan vertragen een aantal van de problemen oplossen. Dit omvat het verminderen van de door hitte beïnvloede zone en lijnenergie voor sommige structurele onderdelen met plastic stukken aan de randen of in gelaagde lassen door de snelheid te verhogen.

Pulslassen: snelheid beïnvloedt de overlapsnelheid;

Continu laserlassen: Het kernprincipe van de invloed van snelheid op het lassen is dat het de energieverdeling van de lijn beïnvloedt en daarmee de duur van de laseractie. Dit leidt op zijn beurt tot verschillende niveaus van metallografische fusiediepte en -breedte. De regel van invloed wordt geïllustreerd in de onderstaande afbeelding:

De smeltbreedte neemt af naarmate de lassnelheid toeneemt; de smeltdiepte neemt ook af naarmate de lassnelheid toeneemt; Het verhogen van de snelheid kan tot op zekere hoogte defecten zoals ondersnijdingen en spatten verminderen.

1.5 Lasvermogen

De energie-input van laserlassen wordt gewoonlijk weergegeven door de energiedichtheid (laservermogen gedeeld door de oppervlakte van de vlek, in eenheden van w/cm²) en warmte-inbreng (laservermogen gedeeld door de lassnelheid, in eenheden van w/cm²). De eerste beschrijft de intensiteit van de laserenergie in het ruimtelijke bereik, terwijl de laatste de cumulatie van laserenergie in de tijd beschrijft.

De eenvoudige relatie tussen kracht, fusiediepte en fusiebreedte is zoals weergegeven in de afbeelding. Over het algemeen geldt: hoe groter het vermogen, de fusiediepte en -breedte zullen toenemen met het vermogen. Laserlassen heeft een energiedrempel. Beneden deze drempel wordt dit warmtegeleidingslassen genoemd, daarboven heet het dieppenetratielassen. Het verschil is dat diep penetratielassen een sleutelgat heeft.

Veelvoorkomende defecten veroorzaakt door onvoldoende vermogen zijn onder meer: ​​verkeerd lassen, geringe smeltdiepte en onduidelijke lasmarkeringen; Defecten als gevolg van overmatig vermogen zijn onder meer: ​​laspenetratie, grote spatten, golvende randen en ondersnijdingen.

De relatie tussen kracht en smeltdiepte en -breedte: Hoe groter het vermogen, hoe groter de smeltdiepte en -breedte.

1.5.1 Ringvormige vlek:

De binnenringlaser is voornamelijk verantwoordelijk voor de fusiediepte, naarmate het vermogen toeneemt, neemt de fusiediepte toe.

De buitenringlaser heeft een kleinere invloed op de smeltdiepte en heeft vooral invloed op de smeltbreedte. Naarmate de kracht van de buitenring toeneemt, wordt het uiterlijk van de lasnaad gladder en neemt de lasbreedte toe.

1.6 Onscherp

Defocus is de afstand tussen het laserbrandpuntsvlak en het oppervlak van het te lassen werkstuk. Wanneer het brandpuntsvlak zich boven het oppervlak van het werkstuk bevindt, is er sprake van een positieve defocus; wanneer het brandpuntsvlak zich onder het oppervlak van het werkstuk bevindt, is er sprake van een negatieve onscherpte. Wanneer het brandpuntsvlak zich op het oppervlak van het werkstuk bevindt, is de onscherpte uiteraard nul. Defocus is een belangrijke parameter bij laserlassen. Omdat de laserstraal wordt gefocusseerd in een brandpunt om de energie voor het lassen te convergeren door de lens in de laserkop op de brandpuntsafstand, verandert daarom, vanuit optisch oogpunt, het veranderen van de defocus van laserlassen in wezen het actiepuntgebied van de laserkop. laserstraal, waardoor de laservermogensdichtheid verandert.

Wanneer een procesvenster wordt gespecificeerd, moet over het algemeen een defocusbereik worden ingesteld, voornamelijk voor werkstukken met oppervlakken met een hoog reflectievermogen, zoals roestvrij staal, aluminiumlegeringen, enz. Omdat deze materialen spiegelachtige oppervlakken hebben, als de defocus te groot is zal de eenheidsenergie te laag zijn om het materiaaloppervlak snel te laten smelten, waardoor een bepaalde hoeveelheid laserenergie terugkaatst en de lens van de laskop en het eindvlak van de vezel beschadigt.

Tegelijkertijd kan, na het selecteren van de vezelkerndiameter, als de opening tussen de werkstukken te groot is en er een situatie kan zijn waarin de laser over de naad lekt, defocus worden gebruikt als remedie om de plek groter te maken, waardoor het vergroten van het verwarmde oppervlak en ervoor zorgen dat het gesmolten bad de naad bedekt om lekkage van licht te voorkomen.

De defocussering wordt gewoonlijk positief gekozen, en noch het brandpunt, noch de negatieve defocussering wordt geselecteerd omdat: de laserenergie hoofdzakelijk geconcentreerd is in het midden van het brandpunt. Wanneer het brandpunt zich op het oppervlak of in het werkstuk bevindt, is de laservermogensdichtheid in het gesmolten zwembad te hoog, wat gemakkelijk lasspatten, een ruw lasoppervlak en oneffenheden kan veroorzaken.

De relatie tussen defocus en smeltdiepte en -breedte:

De fusiediepte neemt af naarmate de defocus toeneemt, en de fusiediepte bij negatieve defocus is groter dan die bij positieve defocus; de breedte van de fusie neemt eerst toe en neemt vervolgens af naarmate de onscherpte toeneemt.

1.7 Beschermgas

Beschermgas: Er zijn veel soorten beschermgassen. In industriële productielijnen wordt stikstof vaak gebruikt om de kosten onder controle te houden. In laboratoria is argon de belangrijkste keuze, maar helium en andere inerte gassen worden ook gebruikt, meestal onder bijzondere omstandigheden. De drie meest gebruikte zijn stikstof, argon en helium.

Omdat laserlassen is een proces van krachtige reactie bij hoge temperaturen, waarbij metaal smelt en verdampt. Metaal is zeer actief bij hoge temperaturen. Zodra het in contact komt met zuurstof, zal er een gewelddadige reactie optreden, gekenmerkt door een grote hoeveelheid spatten en een ruw en oneffen lasoppervlak. Daarom is het doel van het beschermgas het creëren van een zuurstofvrije omgeving binnen een klein bereik (in de buurt van het gesmolten bad) om te voorkomen dat gewelddadige oxidatiereacties slechte lasnaden en een ruw uiterlijk veroorzaken.

1.7.1 Effecten van verschillende beschermgassen

Metaaldamp absorbeert laserstralen en ioniseert tot een plasmawolk. Als er te veel plasma is, wordt de laserstraal voor een deel door het plasma verbruikt. Het beschermgas kan de metaaldamppluim of plasmawolk verspreiden, waardoor het beschermende effect op de laser wordt verminderd en het effectieve gebruik van de laser wordt vergroot.
Tegelijkertijd wordt het beschermgas ook geïoniseerd door de hoogenergetische laser. Vanwege de verschillende ionisatie-energieën zullen verschillende beschermgassen verschillende afschermende effecten op de laser hebben.

Volgens experimenteel onderzoek is de rangorde van ionisatie-energie: Helium > Stikstof > Argon.

• Helium zal het minst waarschijnlijk ioniseren onder invloed van een laser, en heeft de kleinste impact op het lasproces.

• Argon heeft een lage reactiviteit en is een inert gas. Het reageert niet met het materiaal en wordt vaak gebruikt in laboratoria.

• Stikstof is een reactief gas omdat het kan reageren met metalen materialen. Het wordt over het algemeen gebruikt in situaties waar er geen hoge sterkte-eisen zijn, vooral door productielijnbedrijven die rekening houden met de kosten.

1.7.2 Effect van het blazen van beschermgas onder verschillende hoeken

Hoe zijwaarts blazend beschermgas aanbrengen?

• De hoek en hoogte van het zijdelings uitblazende beschermgas hebben rechtstreeks invloed op het dekkingsgebied van het beschermgas en de positie waarop het inwerkt op het sleutelgat van het gesmolten zwembad;

• Over het algemeen moeten verschillende buisdiameters en stroomsnelheden van beschermgas worden afgestemd op de grootte van het lassmeltbad om het beschermende effect te garanderen;

• De beste hoek voor het beschermgas is 45-60°, waardoor de sleutelgatopening effectief kan worden vergroot en spatten worden verminderd.

Zijwaarts blazend beschermgas

voordelen: Het is gunstig voor het verspreiden van plasma, en van voren naar achteren blazen kan spatten effectief onderdrukken.

Impact: Het kan leiden tot een toename van de porositeit.

Direct blazend beschermgas

voordelen:

• Direct blazen kan op effectieve wijze het dekkingsgebied van het beschermgas over het gesmolten zwembad garanderen, waardoor een goede bescherming wordt geboden;

• Direct blazen is eenvoudig te gebruiken en vereist geen aanpassingen, maar er moet wel op worden gelet, aangezien lasslakken op het koperen mondstuk de richting van de beschermgasstroom kunnen verstoren, en turbulentie de effectiviteit van het beschermgas kan beïnvloeden.

Impact: Direct blazen kan de sleutelgatopening ook effectief vergroten, maar een overmatige stroom beschermgas kan leiden tot een toename van de porositeit.