1.Palapelvaz laser hegesztés
A lézeres hegesztést folyamatos vagy impulzusos lézersugarakkal lehet elérni. A lézeres hegesztés elve felosztható hővezető hegesztésre és lézeres mély behatolású hegesztésre. Ha a teljesítménysűrűség kisebb, mint 104 ~ 105W / cm2, hővezető hegesztés. Ekkor a hegesztési mélység alacsony és a hegesztési sebesség lassú. Ha a teljesítménysűrűség meghaladja a 105 ~ 107W / cm2 értéket, a fémfelület egy&üregbe süllyed; hő hatására mélyfúziós hegesztést képez. Gyors, széles képarány.
A hővezetéses lézeres hegesztés elve a következő: a lézersugárzás felmelegíti a feldolgozandó felületet, és a felületi hőt a hővezetés belsejébe szórja. A lézerparaméterek, például a lézer impulzusszélességének, energiájának, csúcsteljesítményének és ismétlési frekvenciájának szabályozásával a munkadarabot megolvasztják, hogy egy meghatározott olvadt medencét hozzanak létre.
Lézerhegesztő gépeka fogaskerék-hegesztéshez és a kohászati lemezhegesztéshez főleg lézeres mély behatolási hegesztés tartozik. Az alábbiak a mély behatolású lézeres hegesztés elvére összpontosítanak.
A mély behatolású lézeres hegesztés általában folyamatos lézersugarat használ az anyagok összekapcsolásának befejezéséhez. A kohászati fizikai folyamat nagyon hasonlít az elektronnyaláb-hegesztéshez, vagyis az energiaátalakítási mechanizmus egy&"kulcslyuk-lyuk"; szerkezet. Kellően nagy teljesítménysűrűségű lézersugárzás esetén az anyag elpárolog és kis lyukakat képez. Ez a gőzzel töltött lyuk olyan, mint egy fekete test, amely elnyeli a beeső sugár szinte minden energiáját. Az üreg egyensúlyi hőmérséklete eléri a 2500 ° C-ot. A hő a magas hőmérsékletű üreg külső faláról kerül át, amely megolvasztja az üreget körülvevő fémet. A kis lyukat magas hőmérsékletű gőz tölti ki, amelyet a gerenda alatti falanyag folyamatos párolgása képez. A kis lyuk négy fala körülveszi az olvadt fémet, a folyékony fém pedig körülveszi a szilárd anyagot. (A legtöbb hagyományos hegesztési eljárásban és a lézeres vezetési hegesztésben az energia először (lerakódik a munkadarab felületén, majd átvitel útján a belső térbe kerül). A pórusfalon kívüli folyadékáram és a falfelület feszültsége összhangban van a gőzzel a pórusüregben folyamatosan keletkező nyomás és fenntartja a dinamikus egyensúlyt. A fénysugár folyamatosan belép a kis lyukba, és a kis lyukon kívüli anyag folyamatosan áramlik. Amint a fénysugár mozog, a kis lyuk mindig állandó áramlási állapotban van. Vagyis a lyuk falát körülvevő kis lyuk és az olvadt fém a vezető gerenda előremenő sebességével halad előre. Az olvadt fém kitölti a kis lyuk eltávolítása után maradt hézagot, és ezzel kondenzálódik, és varrat keletkezik. ez olyan gyorsan történik, hogy a hegesztési sebesség könnyen elérheti a több méter / perc értéket.
2.A lézeres mély behatolású hegesztés fő folyamatparaméterei
(1)Lézer teljesítmény. A lézeres hegesztésben van egy lézeres energia sűrűségi küszöb. Ezen érték alatt a behatolási mélység nagyon sekély. Amint eléri vagy meghaladja ezt az értéket, a behatolási mélység nagymértékben megnő. A plazma csak akkor keletkezik, ha a munkadarab lézeres teljesítménysűrűsége meghaladja a küszöbértéket (anyagfüggő), ami stabil mély behatolású hegesztést jelent. Ha a lézer teljesítménye ennél a küszöbnél alacsonyabb, akkor csak a munkadarab felületi megolvadása következik be, vagyis a hegesztést stabil hővezetési típusban hajtják végre. Ha azonban a lézer teljesítménysűrűsége a kritikus feltétel közelében van a kis lyukak kialakulásához, akkor a mély behatolású és a vezető hegesztést felváltva hajtják végre, ami instabil hegesztési folyamattá válik, ami a behatolási mélység nagy ingadozásait eredményezi. Lézeres mélyhegesztésnél a lézeres teljesítmény szabályozza mind a behatolási mélységet, mind a hegesztési sebességet. A hegesztés behatolási mélysége közvetlenül függ a sugár teljesítménysűrűségétől, és függ a beeső sugár teljesítményétől és a nyaláb fókuszpontjától. Általánosságban elmondható, hogy egy bizonyos átmérőjű lézersugár esetében a behatolási mélység a nyaláb teljesítményének növekedésével nő.
(2)Sugár fókuszpont. A sugárfolt mérete az egyik legfontosabb változó a lézeres hegesztéshez, mert meghatározza a teljesítménysűrűséget. De a nagy teljesítményű lézerek esetében a mérése nehéz problémát jelent, bár már sok közvetett mérési technika létezik.
A nyalábfolt-diffrakciós határfolt mérete kiszámítható a fénydiffrakció elmélete szerint, de a fókuszáló lencse aberrációja miatt a tényleges foltméret nagyobb, mint a számított érték. A legegyszerűbb mérési módszer az izoterm profilozás, amely méri a fókuszpontot és a perforáció átmérőjét, miután elégette a polipropilén táblát vastag papírral. Ez a módszer a lézer teljesítményének és a sugár idejének mérésére szolgál mérési gyakorlattal.
(3)Anyagabszorpciós érték. A lézer anyag általi abszorpciója az anyag néhány fontos tulajdonságától függ, mint például az abszorpcióképesség, a reflektivitás, a hővezetés, az olvadási hőmérséklet, a párolgási hőmérséklet stb. Ezek közül a legfontosabb az abszorpcióképesség.
Azok a tényezők, amelyek egy lézersugár anyag általi abszorpciós sebességét befolyásolják, két szempontot foglalnak magukba: Először is, az anyag&# 39 ellenállása. Az anyag csiszolt felületének abszorbanciájának mérése után kiderül, hogy az anyag abszorbanciája arányos az ellenállás négyzetgyökével, és a ellenállás a hőmérséklet függvényében változik, és változik; másodszor, az anyag felületi állapota (vagy simasága) fontosabb hatással van a nyaláb abszorpciós sebességére, ami jelentős hatással van a hegesztési hatásra.
A CO2 lézer kimeneti hullámhossza általában 10,6 μm. A nemfémek, például a kerámia, az üveg, a gumi és a műanyag felszívódási sebessége szobahőmérsékleten nagy, a fémanyagok pedig szobahőmérsékleten gyengén szívódnak fel, amíg az anyag meg nem olvad és egyenletes gáz. Abszorpciója hirtelen megnő.
Nagyon hatékony a fénysugár abszorpciójának javítása a felület bevonásával vagy a felületén oxid film képződésével.
(4)Hegesztési sebesség. A hegesztési sebesség nagyobb hatással van a behatolási mélységre. A sebesség növelésével a behatolási mélység sekélyebbé válik, de a túl alacsony sebesség az anyag túlzott megolvadásához és a munkadarab hegesztéséhez vezet. Ezért van egy megfelelő hegesztési sebességtartomány egy bizonyos anyaghoz, bizonyos lézererővel és bizonyos vastagsággal, és a maximális behatolási mélység a megfelelő sebességértéknél érhető el.
(5)Védőgáz. A lézeres hegesztési eljárás gyakran inert gázt használ az olvadt medence védelmére. Egyes anyagok hegesztésekor a felület oxidációja figyelmen kívül hagyható, de a védelem nem merül fel, de a legtöbb alkalmazáshoz héliumot, argont, nitrogént és más gázokat használnak a munkadarab védelmére. Hegesztés közben védve van az oxidációtól.
A héliumot nem könnyen ionizálják (magasabb ionizációs energia), ami lehetővé teszi a lézer zökkenőmentes áthaladását, és a nyaláb energia akadálytalanul eléri a munkadarab felületét. Ez a lézeres hegesztés során alkalmazott leghatékonyabb védőgáz, de drágább.
Az argon olcsóbb és nagyobb sűrűségű, így a védőhatás jobb. Azonban hajlamos a magas hőmérsékletű fémplazma ionizálására. Ennek eredményeként megvédi a fénysugár egy részét a munkadarabhoz való kisugárzástól, csökkenti a hegesztéshez szükséges effektív lézer teljesítményt, és károsítja a hegesztési sebességet és a behatolást. Az argonnal védett hegesztések felülete simább, mint a héliummal védett.
A nitrogén védőgázként a legolcsóbb gáz, de bizonyos típusú rozsdamentes acél hegesztésére nem alkalmas, főként kohászati problémák, például abszorpció miatt, és néha pórusok keletkeznek az átfedés területén.
A védőgáz alkalmazásának második feladata, hogy megvédje a fókuszáló lencsét a fémgőz-szennyeződéstől és a folyadékcseppek porlasztásától. Különösen nagy teljesítményű lézeres hegesztés során, mivel a kidobás nagyon erőteljesé válik, ilyenkor inkább védeni kell az objektívet.
A védőgáz harmadik feladata a nagy teljesítményű lézeres hegesztés által létrehozott plazma pajzs hatékony eloszlatása. A fémgőz elnyeli a lézersugarat, és plazmafelhővé ionizálódik. A fémgőzt körülvevő védőgázt hevítéssel is ionizálják. Ha túl sok a plazma, a lézersugarat bizonyos mértékben elfogyasztja a plazma. A plazma a munkafelületen létezik, mint második energia, ami sekélyebbé teszi a behatolást és a hegesztőmedence felületét. Az elektronrekombinációs sebességet növeli az elektronok ionokkal és semleges atomokkal való ütközésének növelése, így csökkentve az elektron sűrűségét a plazmában. Minél könnyebb a semleges atom, annál nagyobb az ütközési frekvencia, és annál nagyobb a rekombinációs ráta; másrészt csak a magas ionizációs energiájú védőgáz nem növeli az elektron sűrűségét maga a gáz ionizálása miatt.
A hélium ionizációja a legkisebb és a legkisebb sűrűségű, és gyorsan eltávolíthatja az olvadt fémkészletből keletkező emelkedő fémgőzt. Ezért a hélium védőgázként történő használata maximálisan elnyomhatja a plazmát, ezáltal növelve a behatolási mélységet és a hegesztési sebességet; könnyű súlya miatt menekülhet, és nem könnyű pórusokat okozni. Természetesen tényleges hegesztésünk hatásától az argonnal történő védelem hatása nem rossz.
A plazmafelhő penetrációra gyakorolt hatása a legkevésbé az alacsony hegesztési sebességű régióban érvényesül. A hegesztési sebesség növekedésével annak hatása csökken.
A védőgáz egy bizonyos nyomással a fúvókán keresztül a munkadarab felületére kerül. A fúvóka hidrodinamikai alakja és a kimenet átmérője nagyon fontos. Elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy a permetezett védőgázt a hegesztőfelület ellepje, de a lencse hatékony védelme és a fémgőz-szennyezés vagy a fémfröccsenés károsítása érdekében a fúvóka méretét is korlátozni kell. Az áramlási sebességet is szabályozni kell, különben a védőgáz lamináris áramlása turbulenssé válik, az atmoszféra beolvad az olvadt medencébe, és végül pórusok képződnek.
A védelmi hatás javítása érdekében további oldalsó fúvási módszer is alkalmazható, azaz egy védőgázt közvetlenül a mély behatolású kis lyukba fecskendeznek be egy kis átmérőjű fúvókán keresztül, bizonyos szögben. Az árnyékoló gáz nemcsak elnyomja a munkadarab felületén lévő plazmafelhőt, hanem hatással van a furatok belsejében lévő plazmára és kis lyukak kialakulására is, és a behatolási mélység tovább nő, hogy ideális hegesztést nyújtson mélységgel. szélesség összehasonlítás. Ehhez a módszerhez azonban a gázáramlás nagyságának és irányának pontos szabályozására van szükség, ellenkező esetben valószínűleg turbulencia lép fel és károsítja az olvadt medencét, ami megnehezíti a hegesztési folyamat stabilizálódását.
(6)Lencse gyújtótávolsága. Hegesztéskor a fókuszt általában a lézer konvergálására használják. Általában 63 ~ 254 mm (2,5&"; ~ 10 GG";) gyújtótávolságú lencsét használnak. A fókuszpont mérete közvetlenül arányos a fókusztávolsággal. Minél rövidebb a gyújtótávolság, annál kisebb a gyújtópont. A gyújtótávolság azonban befolyásolja a gyújtómélységet is, vagyis a gyújtótávolság szinkronban növekszik a gyújtótávolsággal, így egy rövid gyújtótávolság növelheti a teljesítménysűrűséget, de mivel a gyújtótávolság kicsi, a lencse és a a munkadarabot pontosan karbantartani kell, és a behatolási mélység nem nagy. A hegesztés során keletkező fröccsenések és lézer üzemmódok hatására a tényleges hegesztés során használt legrövidebb gyújtótávolság többnyire 126 mm (5 ”) gyújtótávolság. Ha a varrat nagy, vagy a folt méretének növelésével meg kell növelni a varratot, válasszon egy 254 mm (10 ”) gyújtótávolságú lencsét. Ebben az esetben a mélyre olvadó lyukhatás eléréséhez nagyobb lézerkimeneti teljesítményre (teljesítménysűrűségre) van szükség.
Ha a lézer teljesítménye meghaladja a 2 kW-ot, különösen a 10,6 μm-es CO2 lézersugár esetében, mivel az optikai rendszer kialakításához speciális optikai anyagokat használnak, annak érdekében, hogy elkerüljék a fókuszáló lencse optikai károsodásának kockázatát, a reflexiós fókuszálás módszere gyakran használják, és a csiszolt réz tükröket általában tükrökként használják. Hatékony hűtése miatt gyakran ajánlják nagy teljesítményű lézersugár fókuszálására.
(7)Fókusz pozíció. A hegesztés során elegendő teljesítménysűrűség fenntartása érdekében a fókuszpozíció kritikus. A fókusz és a munkadarab felületének relatív helyzetének változása közvetlenül befolyásolja a varrat szélességét és mélységét.
A legtöbb lézeres hegesztési alkalmazásnál a fókuszpont helyzetét általában a munkadarab felülete alatt a szükséges behatolási mélység körülbelül 1/4-ére állítják be.
(8)Lézersugár helyzete. Különböző anyagok lézeres hegesztésekor a lézersugár helyzete ellenőrzi a hegesztés végső minőségét, különösen a fenékízületek esetében, amelyek érzékenyebbek, mint a körözés. Például, ha az edzett acél fogaskerekeket alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél dobokhoz hegesztik, a lézersugár helyzetének helyes szabályozása előnyös lesz a főként alacsony szén-dioxid-kibocsátású alkatrészekből álló varratok előállításához, amelyek jobb repedésállósággal rendelkeznek. Bizonyos alkalmazásokban a hegesztett munkadarab geometriája megköveteli, hogy a lézersugarat szöggel lehajtsák. Ha a sugár tengelye és az illesztési sík közötti eltérítési szög 100 fokon belül van, a&# 39 munkadarab lézerenergia-abszorpcióját ez nem befolyásolja.
(9)A hegesztés kezdetén és végén a lézer teljesítményét fokozatosan szabályozzuk. A lézeres mélyhegesztésnél a lyukak mindig léteznek, függetlenül a varrat mélységétől. Amikor a hegesztési folyamat befejeződik és a főkapcsoló ki van kapcsolva, a hegesztés végén gödrök jelennek meg. Ezenkívül, amikor a lézerhegesztő réteg eltakarja az eredeti hegesztési varratot, a lézersugár túlzott abszorpciója következhet be, ami a hegesztés túlmelegedését vagy porozitás keletkezését eredményezheti.
To a fent említett jelenség bekövetkezésének megakadályozása érdekében programot lehet készíteni a hatvány kezdő és befejező pontjaira, hogy a teljesítmény kezdő és befejező időpontja állítható legyen, vagyis a kezdő teljesítmény nulláról A beállított teljesítményérték rövid idő alatt, elektronikus módszerekkel, és a hegesztés beállítása Idő, és végül a teljesítmény fokozatosan csökken a beállított teljesítményről nullára, amikor a hegesztés befejeződik.
3.Lézeres mélyfúziós hegesztési jellemzők, előnyök és hátrányok
(1)A mély behatolású lézeres hegesztés jellemzői
①Magas képarány. Mivel az olvadt fém a hengeres, magas hőmérsékletű gőzüreg körül képződik és a munkadarab felé nyúlik, a hegesztési varrat mély és keskeny lesz.
②Minimális hőbevitel. Mivel a kis lyukak hőmérséklete nagyon magas, az olvadási folyamat nagyon gyorsan megtörténik, a munkadarab hőbevitele nagyon alacsony, a hőtorzítás és a hő által érintett zóna kicsi.
③Nagy sűrűségű. Mivel a magas hőmérsékletű gőzzel megtöltött kis lyukak elősegítik a hegesztési medence keverését és a gáz távozását, ami pórusmentes behatolási varratokat eredményez. A hegesztés utáni nagy hűtési sebesség megkönnyíti a hegesztési szerkezet miniatürizálását.
④Erős hegesztések. A forró hőforrás és a nemfémes komponensek elegendő abszorpciója miatt a szennyeződések mennyisége csökken, megváltozik a zárványok mérete és eloszlása az olvadt medencében. A hegesztési folyamathoz nincs szükség elektródákra vagy töltőhuzalokra, és az olvadási zóna kevésbé szennyezett, így a hegesztési szilárdság és szívósság legalább egyenértékű vagy még nagyobb, mint az alapfém.
⑤Pontos vezérlés. Mivel a fókuszpont kicsi, a varrat nagy pontossággal helyezhető el. A lézerkimenetnek nincs GG-ára; tehetetlenségi GG-értéke; és nagy sebességgel megállítható és újraindítható. A CNC gerenda mozgatási technológiája összetett munkadarabokat képes hegeszteni.
⑥Érintés nélküli légköri hegesztési folyamat. Mivel az energia a fotonsugárból származik, és nincs fizikai érintkezés a munkadarabbal, a munkadarabra nem gyakorolnak külső erőt. Ezenkívül mind a mágneses, mind a levegő nincs hatással a lézerre.
(2)Aa lézeres mélyhegesztés két előnye
①Az összpontosított lézerek sokkal nagyobb teljesítménysűrűségűek, mint a hagyományos módszerek, ami gyorsabb hegesztési sebességet, kevesebb hőhatással járó zónát és deformációt eredményez, valamint nehezen hegeszthető anyagok, például titán hegesztését eredményezi.
②Mivel a nyaláb könnyen továbbítható és vezérelhető, nincs szükség a hegesztőpisztoly és a fúvóka gyakori cseréjére, és az elektronnyaláb-hegesztéshez nincs szükség vákuumra, ami jelentősen csökkenti a leállítás kiegészítő idejét, így a terhelési tényező és a gyártási hatékonyság magasak.
③A tisztítási hatás és a nagy hűtési sebesség miatt a varrat nagy szilárdságú, szívós és átfogó teljesítményű.
④Az alacsony átlagos hőbevitel és a nagy megmunkálási pontosság miatt az újrafeldolgozási költségek csökkenthetők; emellett a lézeres hegesztési műveletek költségei is alacsonyabbak, ami csökkentheti a munkadarab feldolgozási költségeit.
⑤Hatékonyan szabályozhatja a nyaláb intenzitását és a finom pozícionálást, és könnyen megvalósítható az automatikus működés.
(3)A lézeres mélyhegesztés hátrányai
①Welding mélységvanKorlátozott.
②A munkadarab összeszerelésének követelményei magasak.
③One-time beruházás a lézer rendszerekbemagas.