Laser tehnologija

1. za Načelo lasiranja laserskim sustavom

Lasersko zavarivanje može se postići kontinuiranim ili pulsiranim laserskim zrake. Načelo lasiranja laserskim putem može se podijeliti na toplinsko provodno zavarivanje i lasersko dubokopenetracijsko zavarivanje. Smanjenje emisije 4 - Sljedeći ~105 Š/CM ² to je toplinsko provodno zavarivanje, koje se odlikuje niskim prolaznošću i sporom brzinom zavarivanja. Ako je gustoća snage veća od 10 5 ~107 Š/CM ² , metalna površina se zagrijava, stvarajući "proljevine" i formirajući duboko prodorno zavarivanje, koje se odlikuje brzom brzinom zavarivanja i velikim omjerom dubine i širine.

Načelo toplinsko-vodno-laserskog zavarivanja je sljedeće: lasersko zračenje zagrijava površinu koja se obrađuje, a površinska toplina se difuzije u unutrašnjost kroz toplinsku provodljivost. Kontrolirajući laserske parametre kao što su širina, energija, vrhunac snage i frekvencija ponavljanja laserskog pulsa, radni dio se topi, stvarajući specifičan topljeni bazen.

U slučaju laserskih mašina za zavarivanje, koje se koriste za zavarivanje zupčanika i metalurške tanke ploče, uglavnom se radi o laserskom dubokom zavarivanju. U nastavku ćemo detaljno razmotriti princip laserskog dubokog penetracijskog zavarivanja.

Lasersko dubokopenetracijsko zavarivanje obično koristi kontinuirani laserski zrak za spajanje materijala. Njegova metalurška fizika vrlo je slična zavarivanju s elektroničkim snopom, a mehanizam pretvaranja energije postiže se kroz strukturu "ključnice". Pod dovoljno visokim laserskim zračenjem, materijal isparava i formira ključavu rupu. Ova otvor od ključa pun pare djeluje kao crno tijelo, apsorbirajući gotovo svu energiju udarca zraka. Ravnotežna temperatura unutar ključeve doseže oko 2500 °C. °C. Toplota se prenosi iz vanjskog zida ove ključne rupe, te tako topliti metal koji je okružen. U slučaju da se ne može primijeniti, u slučaju da se ne može primijeniti, to se može učiniti u skladu s člankom 6. stavkom 2. Zidovi ključevih rupa okružuju rastvoreni metal, a tekući metal okružuje čvrsti materijal (u većini konvencionalnih procesa zavarivanja i lasersko-vodno zavarivanje, energija se prvo deponira na površinu predmeta, a zatim se prenosi u unutrašnjost). U slučaju da se ne može utvrditi da je to potrebno za ispitivanje, potrebno je utvrditi da je to potrebno za ispitivanje. Dok laserski zrake neprekidno ulaze u ključnu rupu, materijal izvan ključne rupe nastavlja teći. Dok se laserski zrake kreće, ključnica ostaje u stabilnom stanju protoka. Drugim riječima, štapna rupa i metalni metal koji je okružuju kreću se naprijed istom brzinom kao i vodila. Rastopljeni metal popuni praznine nakon što se štapova rupa pomakne i zatim se učvrsti, stvarajući tako zavarivanje. Sve se to događa tako brzo da brzina zavarivanja lako može doseći nekoliko metara u minuti.

2. - Što? Osnovni parametri procesa lasiranja dubokim prodiranjem lasera

Snaga lasera

Lasersko zavarivanje uključuje prag gustoće laserske energije. Ako se ne primijeni, u slučaju da se ne primijeni, potrebno je utvrditi razinu i razinu uobičajene koncentracije. U slučaju da se u slučaju izloženosti na obradište ne primijeni dodatni materijal, u slučaju da se ne primijeni dodatni materijal, u slučaju izloženosti na obradištu, u slučaju izloženosti na obradištu, u slučaju izloženosti na obradištu, u slučaju izloženosti na obradištu, Ako je laserska snaga ispod tog praga, na radnom komadu se javlja samo površinsko topljenje, što znači da se zavarivanje provodi u stabilnom načinu vodljivosti toplote. Kada je gustoća laserske snage blizu kritičnog stanja za stvaranje ključne rupe, spajanje dubokim prodiranjem i vodenje spajanja se izmjenjuju, što rezultira nestabilnim procesom spajanja s velikim fluktuacijama dubine prodiranja. U laserskom dubokom penetracijskom zavarivanju, laserska snaga istodobno kontrolira dubinu prodiranja i brzinu zavarivanja. "Stražnja" je veličina i veličina svjetlosti koja se može mjeriti na temelju različitih metoda. Uobičajeno, za laserski zrak određenog promjera, dubina prodiranja povećava se s povećanjem snage zraka.

Srednja tačka zraka

Veličina tačke zraka jedna je od najvažnijih varijabli u laserskom zavarivanju jer određuje gustoću snage. Međutim, mjerenje za lasere velike snage izazovno je, unatoč postojanju mnogih tehnika indirektnog mjerenja.

Veličina mjesta ograničene difrakcijom laserskog zraka može se izračunati na temelju teorije optičke difrakcije. Međutim, zbog aberacija u objektivima za usmjeravanje, stvarna veličina tačke veća je od izračunane vrijednosti. Najlakša praktična metoda mjerenja je izotermalna profilometrija, koja uključuje ugljenljenje debelog komada papira i prodiranje u polipropilensku ploču prije mjerenja žarišta i promjera perforiranja. Ova metoda zahtijeva praktična mjerenja kako bi se ovladala laserskom snagom i trajanjem kontakta zraka.

Vrijednost apsorpcije materijala

Apsorpcija laserske svjetlosti od strane materijala ovisi o nekoliko važnih svojstava, kao što su apsorptivnost, reflektivnost, toplinska provodljivost, temperatura topljenja i temperatura ispiranja, a apsorptivnost je najvažnija.

Činili koji utječu na apsorptivnost materijala na laserski zrak uključuju dva aspekta: Prvo, otpornost materijala. Mjerenja apsorptivnosti poliranih površina pokazuju da je apsorptivnost proporcionalna kvadratnom korijenu otpora, koji se zauzvrat mijenja s temperaturom. Drugo, stanje površine (ili glatkoća) materijala ima značajan utjecaj na apsorptivnost zraka, čime se značajno utječe na učinak zavarivanja.

Izlazna valna dužina CO2 lasera je obično 10,6 μ m. Ne-metalni materijali kao što su keramika, staklo, guma i plastika imaju visoke stope apsorpcije na sobnoj temperaturi, dok metalni materijali slabo apsorbiraju na sobnoj temperaturi, a apsorpcija se samo naglo povećava kada se materijal topi ili čak isparava. Površinski premazi ili oksidni filmovi učinkoviti su za poboljšanje apsorpcije laserskih zraka.

Brzina zavarivanja

Brzina zavarivanja značajno utječe na prodor zavarivanja. U slučaju da se u slučaju pojačanja brzine ne provede dovoljno brzo, može se doći do pretjeranog topljenja i izgaranja. Stoga za određeni materijal s datom laserskom snagom i debljinom postoji odgovarajući raspon brzina zavarivanja, unutar kojeg se može postići maksimalna prodornost. Na slici 10-2 prikazan je odnos između brzine zavarivanja i prodiranja za 1018 čelika.

Sklonični plin

Inertni plini se obično koriste za zaštitu rastopljenog bazena tijekom lasiranja laserskim sustavom. Iako površinska oksidacija možda nije problem za određene materijale, helijum, argon i dušik se obično koriste u većini primjena kako bi se spriječilo oksidaciju predmeta tijekom zavarivanja.

Helij je slabo ioniziran (ali ima visoku energiju ionizacije), što omogućuje laserskom zraku da prođe glatko i dostigne površinu radnog dijela neometano. To je najefikasniji štitni plin koji se koristi u laserskom zavarivanju, ali je relativno skup.

Argon je jeftiniji i ima veću gustoću, što rezultira dobrom zaštitom. Međutim, lako se ionizira od strane visoko-temperaturnog metalnog plazma, koji štiti dio zraka od dostizanja radnog dijela, smanjujući učinkovitu lasersku snagu i narušavajući brzinu i prodor zavarivanja. Svajanje zaštićeno argonom ima glatku površinu od onih zaštićenih helijumom.

Azot je najjeftiniji gas za zaštitu, ali nije pogodan za zavarivanje određenih vrsta nehrđajućeg čelika, uglavnom zbog metalurških problema kao što je apsorpcija, koja ponekad može stvoriti poroznost u području zgloba.

Druga funkcija štitnih plinova je zaštita objektiv za fokusiranje od kontaminacije metalnim parama i pljuvanja rastopljenim kapljicama. To je posebno važno u lasiranju lasera visoke snage, gdje izbacivani materijal postaje vrlo snažan.

Treća funkcija gasova za zaštitu je njihova učinkovitost u raspršivanju plazme proizvedene laserskim zavarivanjem velike snage. Metalna para apsorbira lasersku zraku i ionizira se u oblak plazme. Zaštitni plin koji okružuje metalnu paru također se ionizira zbog zagrijavanja. Ako je previše plazme, laserski zrake se do neke mjere troše od strane plazme. Plasma postoji kao sekundarni izvor energije na radnoj površini, što rezultira plitkim prodorom zavarivanja i širim bazom zavarivanja. Stopa rekombinacije elektrona povećava se povećanjem sudara između elektrona, jona i neutralnih atoma, čime se smanjuje gustoća elektrona u plazmi. Što su neutralni atomi lakši, veća je učestalost sudara i stopa rekombinacije; s druge strane, samo zaštitni plin s visokom energijom ionizacije može spriječiti povećanje gustoće elektrona zbog ionizacije samog plina.

Veličina plazma oblaka varira ovisno o korištenom štitnom plinu, s helijumom koji ima najmanju veličinu, a zatim dušik i argon koji imaju najveću. Veći oblak plazme rezultira plitkijim prodorom. Ova razlika je uglavnom posljedica različitih stupnjeva ionizacije molekula plina, kao i razlika u difuziji metalnih para uzrokovane različitim gustoćama štitnih plinova.

Helij ima najnižu ionizaciju i gustoću, što mu omogućuje brzo pomicanje rastuće metalne pare iz rastopljenog metalnog bazena. Stoga, korištenje helija kao štitnog plina maksimalno potiskuje plazmu, čime se povećava prodor i brzina zavarivanja; njegova manja težina također omogućuje da se lako izvuče, smanjujući vjerojatnost poroznosti. Međutim, na temelju naših stvarnih rezultata zavarivanja, argonski štit je dokazao da je prilično učinkovit.

Uticaj plazma oblaka na prodiranje zavarivanja najznačajniji je pri niskim brzinama zavarivanja. Njegov učinak se smanjuje s povećanjem brzine zavarivanja.

U slučaju da se ne može primijeniti zaštitni plin, u slučaju da se ne može primijeniti zaštitni plin, potrebno je izbaciti plin iz obradišta. Od ključne važnosti su hidrodinamski oblik mlaznice i prečnik izlaznice. U slučaju da se ne primjenjuje presjek, ispitna jedinica mora biti u stanju provjeriti da li je prisutna pojava. Također se mora kontrolirati protok; u suprotnom će laminarni protok štitnog plina postati turbulentan, atmosferska upotreba ući u rastopljeni bazen, a na kraju će se formirati poroznost.

Za poboljšanje efekta štitnje može se koristiti dodatna metoda bočnog pušenja, pri čemu se štitni plin ubrizgava izravno u rupicu dubokog penetracijskog zavarivanja kroz mlađu šofu manjeg promjera pod određenim kutom. Izvješće o izloženosti je objavljeno u časopisu "Science" u listu "Science" iz 2005. Međutim, ova metoda zahtijeva preciznu kontrolu brzine protoka plina i smjera; u suprotnom, lako se može pojaviti turbulencija, štete topljenom bazenu i nestabilnost procesa zavarivanja.

Brzinska udaljenost objektiva

Tijekom zavarivanja, laser se obično usmjerava, obično koristeći sočiva s fokalnim udaljenostima od 63 ~ 254 mm (2.5 ”~10”(Ustavni ured) U slučaju da je to potrebno, to se može učiniti na temelju sljedećih metoda: Međutim, žarišna udaljenost također utječe na dubinu fokusiranja, što znači da se dubina fokusiranja povećava proporcionalno s žarišnom udaljenosti. Stoga kraća žarišna udaljenost može povećati gustoću snage, ali zbog male dubine fokusiranja, udaljenost između leće i radnog dijela mora se precizno održavati, a dubina prodiranja je također ograničena. Zbog utjecaja prskalica i laserskog načina koji se stvaraju tijekom zavarivanja, najkraća žična udaljenost koja se zapravo koristi u zavarivanju često je 126 mm (5 ”(Ustavni ured) Ako je spoj velik ili ako je potrebno povećati veličinu zavarivanja povećanjem veličine tačke, sočivo sa žarišnom udaljenosti od 254 mm (10 ”(izbor) može biti odabran. U ovom slučaju, za postizanje učinka dubokog prodiranja ključa, potrebna je veća izlazna snaga lasera (gustoća snage).

U slučaju da je laserska snaga veća od 2 kW, posebno za 10,6 μ m CO2 laserski zrake, zbog uporabe posebnih optičkih materijala u optičkom sustavu, često se koristi reflektcijsko usmjeravanje kako bi se izbjeglo optičko oštećenje objektivnog usmjeravanja. Polirana bakarna ogledala obično se koriste kao reflektori. Zbog svojih učinkovitih rashladnih svojstava, često se preporučuju za usmjeravanje laserskih zraka velike snage.

Pozicija fokusa

Za vrijeme zavarivanja, položaj usmjeravanja je ključan za održavanje dovoljne gustoće snage. Izmjene u relativnom položaju fokusa prema površini obrađevnog dijela izravno utječu na širinu i dubinu zavarivanja. Na slici 2-6 prikazan je učinak položaja usmjeravanja na dubinu prodora i širinu zavarivanja čelika 1018.

U većini primjena laserskog zavarivanja, fokus se obično nalazi otprilike četvrtinu puta ispod površine radnog dijela kako bi se postigla željena dubina prodiranja.

Položaj lasera

Prilikom lasiranja različitih materijala, položaj laserskog zraka kontrolira konačnu kvalitetu zavarivanja, posebno u zadnjim zglobovima gdje je osjetljiviji nego u zglobovima. Primjerice, pri spajanju tvrđene željezne opreme na bubanj od čelika s niskim udjelom ugljika, pravilna kontrola položaja laserskog zraka rezultirat će spajanjem koje se uglavnom sastoji od komponenti s niskim udjelom ugljika, što pokazuje bolju otpornost na pukotine. U nekim primjenama, zbog geometrije obrađevnog dijela koji se treba zavarivati, laserski zrak mora biti skrenut pod uglom. Ako je kut skretanja između osove zraka i ravnice spoja unutar 100 stupnjeva, apsorpcija laserske energije na radnom komadu neće biti pogođena.

Upravljanje povećanjem i smanjenjem laserske snage na početku i kraju zavarivanja

U slučaju laserskog dubokog penetracijskog zavarivanja, bez obzira na dubinu zavarivanja, fenomen štapove rupe uvijek postoji. Kad se proces zavarivanja završi i isključi prekidač napajanja, na kraju zavarivanja pojaviće se jama. Osim toga, kada laserski sloj zavarivanja prekriva izvorni zavarivač, može se dogoditi prekomjerna apsorpcija laserskog zraka, što dovodi do pregrijavanja ili poroznosti u zavarivanju.

Za sprečavanje tih pojava, početne i krajnje točke napajanja mogu se programirati tako da se vrijeme početka i kraja napajanja može prilagoditi. To znači da se početna snaga elektronički povećava s nule na postavljenu vrijednost snage u kratkom vremenu, a vrijeme zavarivanja se prilagođava. Nakon što se zavari, snaga se postupno smanjuje s postavljene na nulu.

3. Slijedi sljedeće: Karakteristike, prednosti i nedostaci laserskog dubokog zavarivanja

U slučaju da je to potrebno, potrebno je utvrditi razinu i razinu tečnosti.

1) Visoki omjer slike. 1) **Dubok i uski zavarivanje:** Budući da se topljeni metal formira oko cilindrične visoko-temperaturnog parnog šupljina i proteže prema predelu, zavarivanje postaje duboko i usko.

2) **Minimalni ulaz toplote:** Zbog iznimno visoke temperature unutar otvoru, proces topljenja se događa vrlo brzo, što rezultira vrlo malom toplinom u radnom komadu, što minimizira toplinsku deformaciju i zonu pogođenu toplinom.

3) ** Visoka gustoća:** Otvor ispunjen parom visoke temperature olakšava pomicanje spajačkog bazena i izlazak plina, što dovodi do potpuno prodorenog spajanja bez poroziteta. Visoka brzina hlađenja nakon zavarivanja dodatno usavršava mikrostrukturu zavarivanja.

4) **Jasno zavarivanje:** Intenzivni izvor toplote i potpuna apsorpcija nemetaličnih komponenti smanjuju sadržaj nečistoća i mijenjaju veličinu i raspodjelu uključivanja u zavarivačkom bazenu. Proces zavarivanja ne zahtijeva elektrode ili žice za punjenje, što rezultira manjim zagađenjem u topljenoj zoni, što čini snagu i čvrstoću zavarivanja barem jednakim ili čak većim od osnovnog metala.

5) **Precizna kontrola:** Budući da je fokusirana točka vrlo mala, zavarivanje se može točno pozicionirati. Izlaz lasera nema "inerciju", što omogućuje brza zaustavljanja i ponovnog pokretanja na velikim brzinama. CNC tehnologija pokreta greda omogućuje zavarivanje složenih dijelova. 6) Bezkontaktni proces varenja u atmosferi. Budući da energija dolazi od zraka fotona, ne dolazi u fizički kontakt s dijelom, pa se na radni dio ne primjenjuje nikakva vanjska sila. Osim toga, magnetizam i zrak nemaju nikakvog učinka na laser.

Prednosti laserskog dubokog zavarivanja

1) Zbog mnogo veće gustoće snage fokusiranih lasera u usporedbi s konvencionalnim metodama, brzina zavarivanja je brza, zona koja je pogođena toplinom i deformacija su male, a može zavarivati teško zavariva materijala kao što je titan.

2) Budući da se zrak lako prenosi i kontrolira, i ne treba često mijenjati svrbežne baklje i mlaznice, a za svrbež s elektronskim zrakom ne zahtijeva se usisavanje, vrijeme zastoja se znatno smanjuje, što rezultira visokim faktorom opterećenja i proizvodnom učinkovitostom.

3) Zbog čistila i visoke brzine hlađenja, zavarivanje ima visoku čvrstoću, čvrstoću i ukupne performanse.

4) Zbog niske prosječne topline, preciznost obrade je visoka, smanjujući troškove ponovnog obrade; osim toga, operativni troškovi lasiranja laserom su također niži, čime se smanjuju troškovi obrade predmeta.

5) Intenzitet zraka i precizno pozicioniranje mogu se učinkovito kontrolirati, što olakšava automatizirano upravljanje.

Nedostatak lasiranja dubokim prodorom lasera

1) Ograničena dubina zavarivanja.

2) Visoki zahtjevi za montažu predmeta.

3) Visoka početna ulaganja u laserske sustave.