Влияние параметров лазерного процесса на сварку

1.1 Фокусная плоскость

1.1.1 Определение фокуса:Распределение энергии в поперечном сечении луча показано на левом рисунке, а распределение энергии в продольном сечении луча также показано на левом рисунке. Луч выходит из лазера и, пройдя через коллимирующую фокусирующую линзу, фокусируется в определенном положении, образуя перетяжку луча. Особенностью этой точки является то, что пятно наименьшее, а плотность энергии луча наибольшая, что и является фокусной точкой.

Распределение лазерной энергии строго симметрично вдоль фокальной плоскости. С помощью физического явления взаимодействия лазера с материалами можно определить энергетическую границу, тем самым определяя центральное положение точки фокусировки.

1.2 Основания для оценки координат границ: Граница между областями с брызгами и без брызг; Длина и яркость верхнего предела плазменного пламени (свет огня) и соответствующее состояние нижнего предела плазменного пламени (свет огня) с взятием медианного значения; Плоскость, где звук самый громкий и физическая реакция самая интенсивная.

1.3 Как определить фокальную плоскость:

1.3.1. Первый шаг – установить эталон

Грубое позиционирование:

Если вы не уверены в приблизительном местоположении глубины резкости, вы можете сначала переместить ось Z туда, где пятно коаксиального красного света наименьшее, что обычно находится недалеко от глубины резкости; Найдите наименьшее направляющее пятно, а затем найдите верхнюю и нижнюю границы энергии фокусной точки.

Меры предосторожности:

При одинаковой конфигурации внешнего светового пути разная мощность приведет к разной глубине фокуса. Поэтому при определении точки фокусировки следует устанавливать как можно меньшую мощность, чтобы было легче устанавливать границы.

1.3.2 Шаг 2. Метод импульсной точки – проверка паяных соединений.

Ищем координаты критического состояния положительного и отрицательного дефокусировки, за координаты фокуса принимаем середину двух координат.

Метод импульсного точечного нанесения – следите за искрами

Конечно, вы также можете послушать звук, а какую функцию выбрать для оценки, это зависит от ситуации с лазером и материалом на месте, и следует выбрать тот, который более удобен для оценки.

Также обратите внимание:

1) Следите за тем, чтобы свет не излучался непрерывно в одном и том же положении (удар по гладкой поверхности материала и точке сварки, где характерные различия велики, приведет к существенной ошибке);

2) Материал, используемый для нахождения фокусной точки, должен быть плоским, без перепадов высоты, а поверхность должна быть чистой;

3) Найдите точку фокусировки несколько раз и возьмите среднее значение, чтобы уменьшить ошибку.

1.3.3 Определение фокальной плоскости методом наклонной линии

Примечания по обрезке:

Общая стальная пластина:

1) Для полупроводников используйте мощность около 500 Вт или меньше; для оптоволокна будет достаточно около 300 Вт;

2) Скорость можно установить в диапазоне 80–200 мм/с;

3) Чем больше угол скоса стальной пластины, тем лучше, желательно около 45-60 градусов; средняя точка расположена в фокусе грубого позиционирования самого маленького и самого яркого направляющего пятна.

Затем начните отмечать линию. Какого эффекта должна достичь маркировка? Теоретически эта линия будет симметрично распределяться вокруг точки фокуса, а траектория будет претерпевать процесс увеличения от малого к большому и затем снова уменьшения, или уменьшения от большого к малому и затем снова увеличения.
Для полупроводников ищите самую тонкую точку. Стальная пластина станет белой в фокальной точке с очевидными цветовыми характеристиками, что также может служить основой для определения фокальной точки. Во-вторых, для оптоволокна постарайтесь сделать так, чтобы задняя сторона была слегка полупрозрачной. Если он слегка полупрозрачен в фокусе, это означает, что фокус находится в середине небольшой полупрозрачной длины задней стороны.

1.3.4 Растрачивание по спирали: гальванометр для поиска фокуса

При работе одномодового прибора в паре с гальванометром иногда бывает сложно найти критическую точку физических особенностей из-за слишком большого коэффициента увеличения. Поэтому для определения фокусной точки выведен метод разметки спиральной линии с использованием более плотного энерговклада.

1) Создайте спиральную линию внутри рамки гальванометра и отцентрируйте ее.
Установите параметры спирали:

• Радиус начальной точки 0.5 мм.

•Радиус конечной точки 1.5 мм.

•Шаг спирали 0.5 мм;

(*Радиус конечной точки спиральной линии не должен быть слишком большим, обычно достаточно 1–2 мм.)

2) сварка скорость обычно следует устанавливать на уровне ≥100 мм/с. Если скорость слишком низкая, эффект сварки спиральной проволокой не очевиден. Рекомендуемая скорость — 150 мм/с.

1.4 сварка скорость

Команда лазерная сварка Система состоит из лазера, передающего волокна, коллимирующей фокусирующей головки или гальванометра и т. д. Свет, выходящий из волокна, является расходящимся, и его необходимо превратить в параллельный свет с помощью коллимирующей линзы, а затем преобразовать в сфокусированное состояние (увеличительное). эффект стекла) через фокусирующую линзу. Ключевые параметры при отладке лазерного процесса включают в себя: скорость, мощностью, величина дефокусировкии защитный гази т. д. Как правило, отчет о процессе, предоставляемый инженерами-технологами при тестировании в лаборатории, в основном содержит указанные выше четыре параметра, а также выбранную конфигурацию модели лазера.

1.4.1 Влияние скорости на качество сварки: энергия линии

Вообще говоря, прежде чем решить, какие параметры выбрать для заготовки, необходимо сначала определиться со скоростью обработки. Это требует общения с клиентом для удовлетворения его требований, таких как требования к ритму производства и требования к объему производства. Из них можно примерно вывести требуемую скорость, а затем на этой основе выполнить отладку процесса.

Во время лазерная сварка В процессе сварки скорость сварки напрямую влияет на плотность энергии линии лазерного луча, что существенно влияет на размер сварного шва. Между тем, при различных скоростях сварки характер течения ванны расплава в процессе лазерной сварки также меняется.

Увеличение скорости одного волоконного лазера: это приведет к уменьшению энергии линии, и сварной шов изменится с толстого на тонкий. Он перейдет от сварки с глубоким проплавлением к кондуктивной сварке до тех пор, пока из-за отсутствия сварки не останется следов сварки. Как правило, скорость не регулируется слишком сильно. Для материалов с высокой отражающей способностью, если имеется много сегментных сварных швов или недостаточное плавление, замедление может решить некоторые проблемы. Сюда входит уменьшение зоны термического влияния и энергии линий для некоторых деталей конструкций с пластиковыми деталями по краям или в послойных сварных швах за счет увеличения скорости.

Импульсная сварка: скорость влияет на степень перекрытия;

Непрерывная лазерная сварка: Основной принцип влияния скорости на сварку заключается в том, что она влияет на распределение энергии линии и, следовательно, на продолжительность воздействия лазера. Это, в свою очередь, приводит к разным уровням глубины и ширины металлографического сплавления. Правило влияния проиллюстрировано на изображении ниже:

Ширина сварки уменьшается по мере увеличения скорости сварки; глубина сплавления также уменьшается с увеличением скорости сварки; Увеличение скорости может в определенной степени уменьшить количество дефектов, таких как подрезы и брызги.

1.5 Мощность сварки

Энергозатратность лазерной сварки обычно выражается плотностью энергии (мощность лазера, деленная на площадь пятна, в вт/см²) и тепловложением (мощность лазера, деленная на скорость сварки, в вт/см²). Первое описывает интенсивность лазерной энергии в пространственном диапазоне, а второе описывает накопление лазерной энергии во времени.

Простая взаимосвязь между мощностью, глубиной и шириной сварки показана на изображении. Вообще говоря: чем больше мощность, тем с увеличением мощности будет увеличиваться глубина и ширина сварки. Лазерная сварка имеет энергетический порог. Ниже этого порога сварка называется теплопроводной, выше — сваркой с глубоким проплавлением. Разница в том, что сварка с глубоким проваром имеет замочную скважину.

К распространенным дефектам, вызванным недостаточной мощностью, относятся: неправильная сварка, малая глубина сварки и нечеткие следы сварки; К дефектам, возникающим из-за чрезмерной мощности, относятся: провар, большие брызги, волнистые края и подрезы.

Взаимосвязь между мощностью и глубиной и шириной расплава: Чем больше мощность, тем больше глубина и ширина расплава.

1.5.1 Кольцеобразное пятно:

Внутренний кольцевой лазер в основном отвечает за глубину сварки, поскольку с увеличением мощности глубина сварки увеличивается.

Лазер внешнего кольца оказывает меньшее влияние на глубину сварки и в основном влияет на ширину сварки. По мере увеличения мощности наружного кольца внешний вид сварного шва становится более гладким, а ширина сварки увеличивается.

1.6 Расфокусировка

Дефокусировка — это расстояние между фокальной плоскостью лазера и поверхностью свариваемой детали. Когда фокальная плоскость находится над поверхностью заготовки, это положительная дефокусировка; когда фокальная плоскость находится ниже поверхности заготовки, это отрицательная дефокусировка. Естественно, когда фокальная плоскость находится на поверхности заготовки, дефокусировка равна нулю. Расфокусировка является важным параметром лазерной сварки. Поскольку лазерный луч фокусируется в фокальное пятно для сведения энергии для сварки линзой внутри лазерной головки на фокусном расстоянии, поэтому с оптической точки зрения изменение расфокусировки лазерной сварки существенно меняет площадь пятна действия лазерный луч, тем самым изменяя плотность мощности лазера.

Обычно, когда указано технологическое окно, необходимо установить диапазон расфокусировки, главным образом для заготовок с поверхностями с высокой отражающей способностью, таких как нержавеющая сталь, алюминиевые сплавы и т. д. Поскольку эти материалы имеют зеркальную поверхность, если расфокусировка слишком велика , энергия устройства будет слишком низкой, чтобы быстро расплавить поверхность материала, что приведет к отражению определенного количества лазерной энергии обратно и повреждению линзы сварочной головки и торцевой поверхности волокна.

В то же время, после выбора диаметра сердцевины волокна, если зазор между заготовками слишком велик и может возникнуть ситуация, когда лазер просачивается через шов, можно использовать дефокусировку как средство, позволяющее увеличить пятно, тем самым увеличение площади нагрева и обеспечение покрытия расплавленной ванны шва во избежание утечки света.

Дефокусировку обычно выбирают положительной, и не выбирают ни фокальную точку, ни отрицательную дефокусировку, потому что: энергия лазера в основном концентрируется в центре фокального пятна. Когда фокус находится на поверхности или внутри заготовки, плотность мощности лазера внутри ванны расплава слишком высока, что может легко вызвать сварочные брызги, шероховатую поверхность сварного шва и неровности.

Связь между дефокусировкой и глубиной и шириной плавления:

Глубина слияния уменьшается по мере увеличения дефокусировки, причем глубина слияния при отрицательной дефокусировке больше, чем при положительной; ширина слияния сначала увеличивается, а затем уменьшается по мере увеличения дефокусировки.

1.7 Защитный газ

Защитный газ: Существует много типов защитных газов. В промышленных производственных линиях азот часто используется для контроля затрат. В лабораториях основным выбором является аргон, но также используются гелий и другие инертные газы, обычно в особых обстоятельствах. Чаще всего используются три азота, аргона и гелия.

Так как лазерная сварка представляет собой процесс высокотемпературной энергичной реакции, при которой металл плавится и испаряется, металл очень активен при высоких температурах. Как только он встретится с кислородом, произойдет бурная реакция, характеризующаяся обильным разбрызгиванием и образованием шероховатой и неровной поверхности сварного шва. Таким образом, целью защитного газа является создание бескислородной среды в небольшом диапазоне (около ванны расплава), чтобы предотвратить сильные реакции окисления, вызывающие плохие сварные швы и шероховатый внешний вид.

1.7.1 Влияние различных защитных газов

Пары металла поглощают лазерные лучи и ионизируются в плазменное облако. Если плазмы слишком много, лазерный луч в некоторой степени поглощается плазмой. Защитный газ может рассеять шлейф паров металла или плазменное облако, уменьшая его экранирующее воздействие на лазер и повышая эффективность использования лазера.
В то же время защитный газ также ионизируется высокоэнергетическим лазером. Из-за разной энергии ионизации разные защитные газы будут оказывать различное защитное действие на лазер.

Согласно экспериментальным исследованиям, ранжирование энергии ионизации составляет: Гелий > Азот > Аргон.

• Гелий меньше всего ионизируется под действием лазера и оказывает наименьшее влияние на процесс сварки.

• Аргон имеет низкую реакционную способность и является инертным газом. Он не вступает в реакцию с материалом и обычно используется в лабораториях.

• Азот является химически активным газом, поскольку он может вступать в реакцию с металлическими материалами. Обычно он используется в ситуациях, когда нет требований к высокой прочности, особенно компаниями, производящими линии, с учетом стоимости.

1.7.2 Эффект обдува защитным газом под разными углами

Как применять защитный газ боковой продувки?

• Угол и высота боковой продувки защитного газа напрямую влияют на зону действия защитного газа и положение, в котором он действует на замочную скважину ванны расплава;

• Как правило, различные диаметры труб и скорости потока защитного газа должны подбираться в соответствии с размером ванны сварочного расплава, чтобы обеспечить защитный эффект;

• Лучший угол для подачи защитного газа составляет 45–60°, что позволяет эффективно увеличить отверстие замочной скважины и уменьшить разбрызгивание.

Защитный газ боковой продувки

Преимущества: Это полезно для рассеивания плазмы, а обдув спереди назад может эффективно подавлять разбрызгивание.

Влияние: Это может привести к увеличению пористости.

Защитный газ прямой продувки

Преимущества:

• Прямая продувка может эффективно обеспечить зону покрытия защитным газом ванны расплава, обеспечивая тем самым хорошую защиту;

• Прямая продувка проста в использовании и не требует никаких настроек, однако следует обратить внимание на то, что сварочный шлак на медном сопле может мешать направлению потока защитного газа, а турбулентность может повлиять на эффективность защитного газа.

Влияние: Прямая продувка также может эффективно расширить отверстие замочной скважины, но чрезмерный поток защитного газа может привести к увеличению пористости.