Lazer proses parametrelerinin kaynağa etkisi

1.1 Odak düzlemi

1.1.1 Odak Tanımı: Işın kesitinin enerji dağılımı soldaki şekilde gösterildiği gibidir ve ışın enerji dağılımının boyuna kesiti de sol şekilde gösterildiği gibidir. Işın lazerden çıkar ve yönlendirme odaklama merceğinden geçtikten sonra belirli bir konuma odaklanarak bir ışın beli oluşturur. Bu noktanın özelliği noktanın en küçük olması, ışının enerji yoğunluğunun ise en yüksek olması yani odak noktası olmasıdır.

Lazer enerjisinin dağılımı odak düzlemi boyunca kesinlikle simetriktir. Lazerin malzemelerle etkileşime girmesi gibi fiziksel bir olay aracılığıyla, enerji sınırı belirlenebilir, böylece odak noktasının merkezi konumu belirlenebilir.

1.2 Sınır koordinatlarını değerlendirmenin temeli: Sıçrayanlı ve sıçramasız alanlar arasındaki sınır; Alınan medyan değerle birlikte, üst sınır plazma alevinin (ateş ışığı) uzunluğu ve parlaklığı ile alt sınır plazma alevinin (ateş ışığı) karşılık gelen durumu; Sesin en yüksek olduğu ve fiziksel reaksiyonun en yoğun olduğu düzlemdir.

1.3 Odak düzlemi nasıl belirlenir:

1.3.1. İlk adım kriteri belirlemektir

Kaba konumlandırma:

Odak derinliğinin yaklaşık konumundan emin değilseniz, önce Z eksenini koaksiyel kırmızı ışık noktasının en küçük olduğu yere, yani genellikle odak derinliğine yakın bir yere taşıyabilirsiniz; En küçük kılavuz noktasını bulun ve ardından odak noktası enerjisinin üst ve alt sınırlarını arayın.

Önlemler:

Aynı harici ışık yolu konfigürasyonunda, farklı güçler farklı odak derinliklerine yol açacaktır. Bu nedenle odak noktasını belirlerken sınırların belirlenmesini kolaylaştırmak için güç mümkün olduğunca düşük ayarlanmalıdır.

1.3.2 Adım 2 Darbe nokta yöntemi - lehim bağlantılarını kontrol edin

Pozitif ve negatif odaklanmanın kritik durumunun koordinatlarını arayın, iki koordinatın orta noktası odak koordinatları olarak alınır.

Darbe noktalama yöntemi - kıvılcımları izleyin

Elbette sesi de dinleyebilirsiniz, yargılama için hangi özelliği seçeceğiniz, sahadaki lazerin ve malzemenin durumuna bağlıdır ve yargılama için hangisi daha uygunsa onu seçmelisiniz.

Ayrıca dikkat:

1） Aynı pozisyonda sürekli ışık yayılmamasına dikkat edin (karakteristik farklılıkların büyük olduğu pürüzsüz malzeme yüzeyine ve kaynak noktasına vurmak önemli yanlış kararlara neden olur);

2) Odak noktasını bulmak için kullanılan malzeme düz olmalı, yüksekliği değişmemeli ve yüzey temiz olmalıdır;

3）Odak noktasını birden çok kez bulun ve hatayı azaltmak için ortalama değeri alın.

1.3.3 Eğik çizgi yöntemini kullanarak odak düzleminin belirlenmesi

Eğik çizgiyle ilgili notlar:

Genel çelik levha:

1） Yarı iletkenler için yaklaşık 500 W veya daha azını kullanın; fiber optikler için yaklaşık 300W yeterli olacaktır;

2）Hız 80-200 mm/s arasında ayarlanabilir;

3）Çelik levhanın eğim açısı ne kadar büyük olursa o kadar iyidir, tercihen 45-60 derece civarındadır; orta nokta, en küçük ve en parlak kılavuz noktasının kaba konumlandırma odağında bulunur.

Daha sonra çizgiyi işaretlemeye başlayın. İşaretleme hangi etkiyi sağlamalıdır? Teorik olarak bu çizgi, odak noktası çevresinde simetrik olarak dağılacak ve yörünge, küçükten büyüğe artan ve sonra tekrar azalan veya büyükten küçüğe azalan ve sonra tekrar artan bir süreçten geçecektir.
Yarı iletkenler için en ince noktayı arayın. Çelik levha odak noktasında belirgin renk özellikleriyle beyaza dönecek ve bu aynı zamanda odak noktasının yerini belirlemek için de temel teşkil edebilecek. İkinci olarak, fiber optik için arka tarafın hafif yarı saydam olmasını kontrol etmeye çalışın. Odak noktasında hafif yarı saydamsa, bu, odak noktasının arka tarafın hafif yarı saydam uzunluğunun orta noktasında olduğunu gösterir.

1.3.4 Spiral noktalama: odağı bulmak için galvanometre

Tek mod galvanometre ile eşleştirildiğinde, aşırı büyük büyütme oranı nedeniyle bazen fiziksel özelliklerin kritik noktasını bulmak zordur. Bu nedenle, odak noktasını belirlemek için daha yoğun bir enerji girişi kullanarak spiral bir çizgiyi işaretlemeye yönelik bir yöntem türetilmiştir.

1）Galvanometre çerçevesinde spiral bir çizgi oluşturun ve onu ortalayın.
Helis parametrelerini ayarlayın:

•Başlangıç ​​noktası yarıçapı 0.5 mm

•Bitiş noktası yarıçapı 1.5 mm

• Spiral aralığı 0.5 mm;

(*Spiral çizginin uç nokta yarıçapı çok büyük ayarlanmamalıdır, genellikle 1mm~2mm uygundur.)

2) kaynak hız genellikle ≥100 mm/s'ye ayarlanmalıdır. Hız çok yavaşsa spiral tel kaynak etkisi belirgin değildir. Önerilen hız 150 mm/s'dir.

1.4 Kaynak hız

The Lazer kaynak sistem bir lazer, iletim fiberi, yönlendirme odaklama kafası veya galvanometre vb.'den oluşur. Fiberden çıkan ışık ıraksaktır ve yönlendirme merceği tarafından paralel ışığa dönüştürülmesi ve ardından odaklanmış duruma dönüştürülmesi (büyütme) gerekir. cam etkisi) odaklanan bir mercek aracılığıyla. Lazer işleminde hata ayıklama sırasındaki temel parametreler şunları içerir: hız, güç kelimesini seçerim, odaklanma miktarı, ve koruyucu gaz, vb. Genel olarak, proses mühendisleri tarafından laboratuvarda test yaparken sağlanan proses raporu, seçilen lazer modeli konfigürasyonunun yanı sıra öncelikle yukarıdaki dört parametreyi içerir.

1.4.1 Hızın kaynak kalitesine etkisi: hat enerjisi

Genel olarak konuşursak, bir iş parçası için hangi parametrelerin seçileceğine karar vermeden önce ilk olarak işlem hızının belirlenmesi gerekir. Bu, üretim ritmi gereksinimleri ve çıktı talepleri gibi taleplerini karşılamak için müşteriyle iletişim kurmayı gerektirir. Bunlardan gerekli hızı yaklaşık olarak çıkarabilir ve ardından bu temelde işlem hata ayıklamasını gerçekleştirebilirsiniz.

Sırasında Lazer kaynak Kaynak hızı, lazer ışınının hat enerji yoğunluğunu doğrudan etkiler ve bu da kaynak dikişinin boyutunu önemli ölçüde etkiler. Bu arada, farklı kaynak hızları altında lazer kaynak işlemi sırasında eriyik havuzunun akış düzeni de değişir.

Tek fiber lazerin hızının arttırılması: Bu, hat enerjisinin azalmasına ve kaynak dikişinin kalından inceye değişmesine neden olacaktır. Füzyon eksikliğinden kaynak izi kalmayana kadar derin nüfuzlu kaynaktan kondüksiyon kaynağına geçiş yapılır. Genellikle hız çok fazla ayarlanmaz. Yüksek yansıtıcılığa sahip malzemelerde, çok sayıda segment kaynağı veya füzyon eksikliği varsa, yavaşlamak bazı sorunları çözebilir. Bu, kenarlarında plastik parçalar bulunan veya katmanlı kaynaklarda bulunan bazı yapısal parçalar için hızı artırarak ısıdan etkilenen bölgenin ve hat enerjisinin azaltılmasını içerir.

Darbe kaynağı: hız, örtüşme oranını etkiler;

Sürekli lazer kaynağı: Hızın kaynağı nasıl etkilediğinin temel prensibi, hat enerji dağılımını ve dolayısıyla lazer eyleminin süresini etkilemesidir. Bu da farklı seviyelerde metalografik füzyon derinliği ve genişliğine yol açar. Etki kuralı aşağıdaki resimde gösterilmektedir:

Kaynak hızı arttıkça füzyon genişliği azalır; kaynak hızı arttıkça füzyon derinliği de azalır; Hızın arttırılması alttan kesme ve sıçrama gibi kusurları bir dereceye kadar azaltabilir.

1.5 Kaynak gücü

Lazer kaynak enerjisi girişi genellikle enerji yoğunluğu (lazer gücünün nokta alanına w/cm² cinsinden bölünmesi) ve ısı girişi (lazer gücünün w/cm² biriminde kaynak hızına bölünmesiyle) ile temsil edilir. İlki, uzaysal aralıktaki lazer enerjisinin yoğunluğunu tanımlarken, ikincisi, lazer enerjisinin zaman içindeki birikimini tanımlar.

Güç, füzyon derinliği ve füzyon genişliği arasındaki basit ilişki resimde gösterildiği gibidir. Genel olarak konuşursak: Güç ne kadar büyük olursa, füzyon derinliği ve genişliği de güçle birlikte artacaktır. Lazer kaynak bir enerji eşiği vardır. Bu eşiğin altına doğru ısı iletim kaynağı, üstüne doğru ise derin nüfuzlu kaynak adı verilmektedir. Aradaki fark, derin nüfuzlu kaynağın bir anahtar deliğine sahip olmasıdır.

Yetersiz gücün neden olduğu yaygın kusurlar arasında şunlar yer alır: hatalı kaynak, sığ ergitme derinliği ve net olmayan kaynak işaretleri; Aşırı güce bağlı kusurlar arasında şunlar yer alır: kaynak nüfuziyeti, büyük sıçrama, dalgalı kenarlar ve alttan kesikler.

Güç ile erime derinliği ve genişliği arasındaki ilişki: Güç ne kadar büyük olursa, erime derinliği ve genişliği de o kadar büyük olur.

1.5.1 Halka şeklindeki nokta:

İç halka lazer esas olarak füzyon derinliğinden sorumludur, güç arttıkça füzyon derinliği de artar.

Dış halka lazerinin füzyon derinliği üzerinde daha küçük bir etkisi vardır ve esas olarak füzyon genişliğini etkiler. Dış halkanın gücü arttıkça kaynak dikişinin görünümü daha düzgün hale gelir ve füzyon genişliği artar.

1.6 Odaklanma

Odaklanma, lazer odak düzlemi ile kaynak yapılacak iş parçasının yüzeyi arasındaki mesafedir. Odak düzlemi iş parçası yüzeyinin üzerinde olduğunda pozitif odak dışıdır; Odak düzlemi iş parçası yüzeyinin altında olduğunda negatif odak dışıdır. Doğal olarak, odak düzlemi iş parçasının yüzeyinde olduğunda odak dışılık sıfırdır. Odaklanma lazer kaynağında önemli bir parametredir. Lazer ışını, lazer kafasının içindeki mercek tarafından odak uzaklığında kaynak için enerjinin birleştirilmesi amacıyla bir odak noktasına odaklandığından, optik açıdan bakıldığında, lazer kaynağının odak dışı konumunun değiştirilmesi esas olarak lazer kafasının hareket noktası alanını değiştirir. Lazer ışını, böylece lazer güç yoğunluğunu değiştirir.

Genel olarak, bir proses penceresi belirlendiğinde, özellikle paslanmaz çelik, alüminyum alaşımları vb. gibi yüksek yansıtıcı yüzeylere sahip iş parçaları için bir odak dışılaştırma aralığının ayarlanması gerekir. Odaklanma çok büyükse, bu malzemeler ayna benzeri yüzeylere sahip olduğundan birim enerji malzeme yüzeyini hızlı bir şekilde eritemeyecek kadar düşük olacak ve belirli miktarda lazer enerjisinin geri yansımasına ve kaynak kafasının merceğine ve fiberin uç yüzüne zarar vermesine neden olacaktır.

Aynı zamanda fiber çekirdek çapı seçildikten sonra iş parçaları arasındaki boşluk çok büyükse ve lazerin dikişin üzerinden sızması gibi bir durum söz konusu olabilirse, noktayı büyütmek için bir çare olarak defokus kullanılabilir, böylece nokta daha büyük hale gelir. ısıtılan alanın arttırılması ve erimiş havuzun, ışık sızıntısını önlemek için dikişi kaplamasının sağlanması.

Odaklanma genellikle pozitif olacak şekilde seçilir ve ne odak noktası ne de negatif odaklanma seçilir çünkü: Lazer enerjisi esas olarak odak noktasının merkezinde yoğunlaşmıştır. Odak noktası yüzeyde veya iş parçasının içinde olduğunda, erimiş havuz içindeki lazer gücü yoğunluğu çok yüksektir ve bu da kolayca kaynak sıçramasına, pürüzlü kaynak yüzeyine ve düzgünsüzlüğe neden olabilir.

Odaksızlık ile erime derinliği ve genişliği arasındaki ilişki:

Füzyon derinliği, odak dışılık arttıkça azalır ve negatif odak dışılıktaki füzyonun derinliği, pozitif odak dışılıktakinden daha fazladır; Füzyon genişliği önce artar, sonra odak dışılık arttıkça azalır.

1.7 Koruyucu gaz

Koruyucu gaz: Koruyucu gazların pek çok türü vardır. Endüstriyel üretim hatlarında maliyetleri kontrol etmek için genellikle nitrojen kullanılır. Laboratuvarlarda argon ana tercihtir ancak helyum ve diğer inert gazlar da genellikle özel durumlarda kullanılır. En sık kullanılan üçü nitrojen, argon ve helyumdur.

Çünkü Lazer kaynak metalin eriyip buharlaştığı, yüksek sıcaklıkta kuvvetli bir reaksiyon sürecidir, metal yüksek sıcaklıklarda çok aktiftir. Oksijenle karşılaştığında, büyük miktarda sıçrama ve pürüzlü ve pürüzlü kaynak yüzeyi ile karakterize edilen şiddetli bir reaksiyon meydana gelecektir. Bu nedenle koruyucu gazın amacı, kötü kaynaklara ve kaba görünüme neden olan şiddetli oksidasyon reaksiyonlarını önlemek için küçük bir aralıkta (erimiş havuzun yakınında) oksijensiz bir ortam oluşturmaktır.

1.7.1 Farklı koruyucu gazların etkileri

Metal buharı lazer ışınlarını emer ve bir plazma bulutu halinde iyonlaşır. Çok fazla plazma varsa, lazer ışını bir dereceye kadar plazma tarafından tüketilir. Koruyucu gaz, metal buhar bulutunu veya plazma bulutunu dağıtarak lazer üzerindeki koruyucu etkisini azaltabilir ve lazerin etkili kullanımını artırabilir.
Aynı zamanda koruyucu gaz da yüksek enerjili lazer tarafından iyonize edilir. Farklı iyonizasyon enerjileri nedeniyle, farklı koruyucu gazlar lazer üzerinde farklı koruyucu etkilere sahip olacaktır.

Deneysel araştırmalara göre iyonlaşma enerjisinin sıralaması şöyledir: Helyum > Azot > Argon.

• Helyumun lazer etkisi altında iyonlaşma olasılığı en düşük olanıdır ve kaynak işlemi üzerinde en az etkiye sahiptir.

• Argon düşük reaktiviteye sahiptir ve inert bir gazdır. Malzemeyle reaksiyona girmez ve laboratuvarlarda yaygın olarak kullanılır.

• Azot metal malzemelerle reaksiyona girebildiği için reaktif bir gazdır. Genellikle yüksek dayanım gereksiniminin olmadığı durumlarda, özellikle üretim hattı firmaları tarafından maliyet göz önünde bulundurularak kullanılmaktadır.

1.7.2 Koruyucu gazın farklı açılardan üflenmesinin etkisi

Yan üflemeli koruyucu gaz nasıl uygulanır?

• Yandan üflenen koruyucu gazın açısı ve yüksekliği, koruyucu gazın kapsama alanını ve erimiş havuz anahtar deliği üzerindeki etki konumunu doğrudan etkiler;

• Genel olarak, koruyucu etkiyi sağlamak için farklı boru çapları ve koruyucu gaz akış hızları, kaynak erimiş havuzunun boyutuna göre eşleştirilmelidir;

• Koruyucu gaz için en iyi açı 45-60°'dir; bu, anahtar deliği açıklığını etkili bir şekilde genişletebilir ve sıçramayı azaltabilir.

Yan Üflemeli Koruyucu Gaz

Avantajlar: Plazmayı dağıtmak açısından faydalıdır ve önden arkaya doğru üflemek sıçramayı etkili bir şekilde önleyebilir.

darbe: Gözenekliliğin artmasına yol açabilir.

Doğrudan Üflemeli Koruyucu Gaz

Avantajlar:

• Doğrudan üfleme, koruyucu gazın erimiş havuz üzerindeki kapsama alanını etkili bir şekilde garanti altına alabilir, böylece iyi bir koruma sağlanır;

• Doğrudan üflemenin kullanımı basittir ve herhangi bir ayarlama gerektirmez; ancak bakır nozul üzerindeki kaynak cürufu koruyucu gaz akışının yönünü etkileyebileceğinden ve türbülans koruyucu gazın etkinliğini etkileyebileceğinden dikkatli olunmalıdır.

darbe: Doğrudan üfleme aynı zamanda anahtar deliği açıklığını etkili bir şekilde genişletebilir, ancak aşırı koruyucu gaz akışı gözenekliliğin artmasına neden olabilir.