Вплив параметрів лазерного процесу на зварювання Україна

1.1 Фокусна площина

1.1.1 Визначення фокусу: Розподіл енергії поперечного перерізу променя, як показано на малюнку ліворуч, і поздовжній переріз розподілу енергії променя також як показано на малюнку ліворуч. Промінь виходить з лазера і, пройшовши крізь колімуючу фокусуючу лінзу, фокусується в певному положенні, утворюючи перетяжку променя. Ця точка має ту особливість, що пляма найменша, а щільність енергії променя найбільша, що є точкою фокусу.

Розподіл лазерної енергії строго симетричний уздовж фокальної площини. Завдяки фізичному явищу взаємодії лазера з матеріалами можна визначити межу енергії, таким чином визначаючи центральне положення точки фокусування.

1.2 Основи судження про граничні координати:Межа між областями з бризками та без бризок; Довжина та яскравість верхньої межі плазмового полум’я (вогню) та відповідного стану нижньої межі плазмового полум’я (вогнища), із середнім значенням; Літак, де звук найгучніший, а фізична реакція найінтенсивніша.

1.3 Як визначити фокальну площину:

1.3.1. Перший крок — встановити еталон

Грубе позиціонування:

Якщо ви не впевнені щодо приблизного розташування глибини фокусу, ви можете спочатку перемістити вісь Z туди, де пляма коаксіального червоного світла найменша, що зазвичай знаходиться поблизу глибини фокусу; Знайдіть найменшу направляючу точку, а потім знайдіть верхню та нижню межі енергії фокусної точки.

Заходи безпеки:

З однаковою конфігурацією шляху зовнішнього світла різні потужності призведуть до різної глибини фокусування. Тому при визначенні фокусної точки потужність слід виставляти якомога меншою, щоб легше було встановити межі.

1.3.2 Крок 2 Імпульсний точковий метод - перевірте паяні з'єднання

Пошук координат критичного стану позитивного і негативного розфокусування, середина двох координат береться за координати фокусу.

Імпульсний метод дотування - спостерігайте за іскрами

Звичайно, ви також можете послухати звук. Що стосується того, яку функцію вибрати для судження, це залежить від ситуації на місці лазера та матеріалу, і слід вибрати той, який є зручнішим для судження.

Також зверніть увагу:

1) Переконайтеся, що світло не випромінюється безперервно в одній і тій самій позиції (попадання на гладку поверхню матеріалу та точку зварювання, де характерні відмінності є великими, призведе до значної помилки);

2）Матеріал, який використовується для визначення фокусної точки, має бути плоским, без змін висоти, а поверхня має бути чистою;

3）Знайдіть фокусну точку кілька разів і візьміть середнє значення, щоб зменшити помилку.

1.3.3 Визначення фокальної площини методом похилих ліній

Примітки щодо розрізання:

Загальна сталева пластина:

1） Для напівпровідників використовуйте близько 500 Вт або менше; для волоконної оптики буде достатньо близько 300 Вт;

2）Швидкість можна встановити між 80-200 мм/с;

3）Чим більший кут скосу сталевої пластини, тим краще, бажано близько 45-60 градусів; середня точка розташована в грубому фокусі позиціонування найменшої та найяскравішої напрямної точки.

Потім починайте розмічати лінію. Якого ефекту має досягти розмітка? Теоретично ця лінія симетрично розподілятиметься навколо фокальної точки, і траєкторія піддаватиметься процесу збільшення від малого до великого, а потім знову зменшуватиметься, або зменшуватиметься від великого до малого, а потім знову зростатиме.
Для напівпровідників шукайте найтоншу точку. Сталева пластина стане білою в точці фокусу з очевидними характеристиками кольору, які також можуть служити основою для визначення точки фокусу. По-друге, для волоконної оптики намагайтеся контролювати, щоб тильна сторона була трохи напівпрозорою. Якщо фокусна точка злегка прозора, це означає, що фокусна точка знаходиться в середині невеликої прозорої довжини задньої сторони.

1.3.4 Спіральне нанесення точок: гальванометр для визначення фокусу

Коли одномодовий режим поєднується з гальванометром, іноді важко знайти критичну точку фізичних характеристик через надмірно великий коефіцієнт збільшення. Таким чином, для визначення фокусної точки розроблено метод позначення спіральної лінії з використанням більш щільного введення енергії.

1) Створіть спіральну лінію в рамці гальванометра та відцентруйте її.
Встановіть параметри спіралі:

• Радіус початкової точки 0.5 мм

• Радіус кінцевої точки 1.5 мм

•Крок спіралі 0.5 мм;

(* Радіус кінцевої точки спіральної лінії не слід встановлювати занадто великим, зазвичай 1 мм ~ 2 мм підходить.)

2) The зварювання швидкість, як правило, повинна бути встановлена ​​на ≥100 мм/с. Якщо швидкість надто низька, ефект зварювання спіральним дротом неочевидний. Рекомендована швидкість 150 мм/с.

1.4 Зварювання швидкість

Команда зварювання лазером Система складається з лазера, передавального волокна, колімаційної фокусуючої головки або гальванометра тощо. Світло, яке виходить із волокна, є розбіжним і має бути перетворене на паралельне світло за допомогою колімаційної лінзи, а потім перетворено у сфокусований стан (збільшувальний ефект скла) через фокусуючу лінзу. Основні параметри під час налагодження лазерного процесу включають: швидкість, влада, кількість розфокусування та захисний газтощо. Зазвичай звіт про процес, наданий інженерами-технологами під час тестування в лабораторії, містить головним чином чотири вищевказані параметри, а також обрану конфігурацію моделі лазера.

1.4.1 Вплив швидкості на якість зварювання: енергія лінії

Взагалі, перш ніж вирішити, які параметри вибрати для заготовки, необхідно спочатку визначити швидкість обробки. Це вимагає спілкування з клієнтом, щоб задовольнити його вимоги, такі як вимоги до ритму виробництва та вимоги до випуску. З них можна приблизно визначити необхідну швидкість, а потім на цій основі виконати налагодження процесу.

Під час зварювання лазером Швидкість зварювання безпосередньо впливає на лінійну щільність енергії лазерного променя, що істотно впливає на розмір зварювального шва. Тим часом при різних швидкостях зварювання схема потоку ванни розплаву під час процесу лазерного зварювання також змінюється.

Збільшення швидкості одиночного волоконного лазера: Це спричинить зменшення енергії лінії, а зварний шов зміниться з товстого на тонкий. Він буде переходити від зварювання глибоким проплавленням до зварювання провідністю, доки не зникне слід зварювання через відсутність плавлення. Як правило, швидкість не регулюється занадто сильно. Для матеріалів із високим відбиттям, якщо є багато зварювальних сегментів або недостатнє сплавлення, уповільнення може вирішити деякі проблеми. Це включає в себе зменшення зони теплового впливу та енергії лінії для деяких конструктивних деталей із пластиковими деталями на краях або в шаруватих зварних швах за рахунок збільшення швидкості.

Імпульсне зварювання: швидкість впливає на швидкість перекриття;

Безперервне лазерне зварювання: Основний принцип того, як швидкість впливає на зварювання, полягає в тому, що вона впливає на розподіл енергії лінії і, отже, на тривалість дії лазера. Це, у свою чергу, призводить до різних рівнів глибини та ширини металографічного сплавлення. Правило впливу показано на зображенні нижче:

Ширина плавлення зменшується зі збільшенням швидкості зварювання; глибина проплавлення також зменшується зі збільшенням швидкості зварювання; збільшення швидкості може певною мірою зменшити такі дефекти, як підрізи та бризки.

1.5 Потужність зварювання

Енергоспоживання лазерного зварювання зазвичай представляється щільністю енергії (потужність лазера, поділена на площу плями, в одиницях Вт/см²) і споживанням тепла (потужність лазера, поділена на швидкість зварювання, в одиницях Вт/см²). Перший описує інтенсивність лазерної енергії в просторовому діапазоні, а другий описує накопичення лазерної енергії з часом.

Просте співвідношення між потужністю, глибиною зварювання та шириною зварювання показано на зображенні. Загалом кажучи: чим більша потужність, тим глибина та ширина злиття збільшуватимуться разом із потужністю. Лазерне зварювання має енергетичний поріг. Нижче цього порогу це називається теплопровідним зварюванням, а вище – зварюванням глибоким проваром. Відмінність полягає в тому, що зварювання глибоким проплавленням має замкову щілину.

Поширені дефекти, викликані недостатньою потужністю, включають: помилкове зварювання, малу глибину проплавлення та нечіткі сліди зварювання; дефекти, спричинені надмірною потужністю, включають: проникнення зварювання, великі бризки, хвилясті краї та підрізи.

Зв'язок між потужністю та глибиною та шириною розплаву: чим більша потужність, тим більша глибина та ширина розплаву.

1.5.1 Кільцеподібна пляма:

Внутрішній кільцевий лазер в основному відповідає за глибину зварювання, оскільки потужність збільшується, глибина зварювання збільшується.

Лазер із зовнішнім кільцем має менший вплив на глибину зварювання та головним чином впливає на ширину зварювання. Зі збільшенням потужності зовнішнього кільця зовнішній вигляд зварного шва стає більш гладким, а ширина проплавлення збільшується.

1.6 Розфокусування

Дефокус — це відстань між фокальною площиною лазера та поверхнею заготовки, що зварюється. Коли фокальна площина знаходиться над поверхнею заготовки, це позитивне розфокусування; коли фокальна площина знаходиться нижче поверхні заготовки, це негативний розфокус. Природно, коли фокальна площина знаходиться на поверхні заготовки, дефокус дорівнює нулю. Розфокусування є важливим параметром лазерного зварювання. Оскільки лазерний промінь фокусується у фокусній точці для зближення енергії для зварювання лінзою всередині лазерної головки на фокусній відстані, отже, з оптичної точки зору, зміна розфокусування лазерного зварювання істотно змінює площу точки дії лазерний промінь, тим самим змінюючи щільність потужності лазера.

Як правило, коли вказується вікно процесу, необхідно встановити діапазон розфокусування, головним чином для заготовок із поверхнями з високим коефіцієнтом відбивання, наприклад нержавіюча сталь, алюмінієві сплави тощо. Оскільки ці матеріали мають дзеркальні поверхні, якщо розфокусування занадто велике , енергія одиниці буде занадто низькою, щоб швидко розплавити поверхню матеріалу, внаслідок чого певна кількість лазерної енергії відбиватиметься назад і пошкоджуватиме лінзу зварювальної головки та торець волокна.

У той же час, після вибору діаметра серцевини волокна, якщо проміжок між деталями занадто великий, і може виникнути ситуація, коли лазер просочується через шов, розфокусування можна використовувати як засіб для збільшення плями, таким чином збільшення площі нагрівання та забезпечення розплавленої ванни, що покриває шов, щоб запобігти витоку світла.

Розфокусування зазвичай вибирається як позитивне, і ні фокальна точка, ні негативне розфокусування не вибираються, оскільки: лазерна енергія в основному зосереджена в центрі фокальної плями. Коли фокусна точка знаходиться на поверхні або всередині деталі, щільність потужності лазера всередині розплавленої ванни занадто висока, що може легко спричинити бризки під час зварювання, шорстку поверхню зварного шва та нерівності.

Зв'язок між розфокусуванням і глибиною та шириною плавлення:

Глибина злиття зменшується зі збільшенням розфокусування, і глибина злиття з негативним розфокусуванням більша, ніж з позитивним розфокусуванням; ширина злиття спочатку збільшується, а потім зменшується зі збільшенням розфокусування.

1.7 Захисний газ

Захисний газ: існує багато типів захисних газів. У промислових виробничих лініях азот часто використовується для контролю витрат. У лабораторіях основним вибором є аргон, але також використовуються гелій та інші інертні гази, як правило, за особливих обставин. Три найпоширеніші: азот, аргон і гелій.

Тому що зварювання лазером це процес високотемпературної бурхливої ​​реакції, де метал плавиться і випаровується, метал дуже активний при високих температурах. Коли він зіткнеться з киснем, почнеться бурхлива реакція, що характеризується великою кількістю бризок і грубою та нерівною поверхнею зварювання. Тому мета захисного газу полягає у створенні безкисневого середовища в невеликому діапазоні (поблизу розплавленої ванни), щоб запобігти бурхливим реакціям окислення, що спричиняють погані зварні шви та грубий вигляд.

1.7.1 Вплив різних захисних газів

Пари металу поглинають лазерні промені та іонізуються в плазмову хмару. Якщо плазми занадто багато, лазерний промінь певною мірою споживається плазмою. Захисний газ може розсіювати шлейф пари металу або хмару плазми, зменшуючи його захисний вплив на лазер і підвищуючи ефективне використання лазера.
У той же час захисний газ також іонізується високоенергетичним лазером. Через різну енергію іонізації різні захисні гази матимуть різну екрануючу дію на лазер.

Згідно з експериментальними дослідженнями, ранжування енергії іонізації є: Гелій > Азот > Аргон.

• Найменше іонізується під дією лазера гелій, найменший вплив на процес зварювання.

• Аргон має низьку реакційну здатність і є інертним газом. Він не реагує з матеріалом і зазвичай використовується в лабораторіях.

• Азот є реактивним газом, оскільки він може реагувати з металевими матеріалами. Зазвичай він використовується в ситуаціях, коли немає високих вимог до міцності, особливо компаніями, що займаються виробництвом, враховуючи вартість.

1.7.2 Вплив продування захисного газу під різними кутами

Як застосувати захисний газ з боковим обдуванням?

• Кут і висота бічної дуття захисного газу безпосередньо впливають на зону покриття захисного газу та положення, в якому він діє на замкову щілину розплавленої ванни;

• Як правило, різні діаметри труб і витрати захисного газу повинні бути узгоджені відповідно до розміру ванни зварювального розплаву, щоб забезпечити захисний ефект;

• Найкращий кут для захисного газу становить 45-60°, що може ефективно збільшити отвір замкової щілини та зменшити розбризкування.

Бічний вид захисного газу

Переваги: це корисно для розсіювання плазми, а видування спереду назад може ефективно пригнічувати розбризкування.

Impact: Це може призвести до збільшення пористості.

Захисний газ прямого вдування

Переваги:

• Прямий видування може ефективно забезпечити зону покриття захисним газом над басейном розплаву, таким чином забезпечуючи хороший захист;

• Пряме видування є простим у використанні та не потребує налаштувань, хоча слід звернути увагу, оскільки зварювальний шлак на мідному соплі може перешкоджати напрямку потоку захисного газу, а турбулентність може вплинути на ефективність захисного газу.

Impact: Прямий видування також може ефективно розширити отвір замкової щілини, але надмірний потік захисного газу може призвести до збільшення пористості.