מהירות בקרע לייזר, עוצמת לייזר ועובי חומר
הקשר בין מהירות ברגיעת الليزر, עוצמת הלייזר לעובי החומר הוא קריטי לקביעת איכות ויעילות תהליכי הלחמה. שלושת הגורמים האלה (מהירות לחימה, עוצמת לייזר ועובי חומר) תלויים זה בזה וצריכים להיות מותאמים אופטימלית כדי להשיג חיבורים חזקים וחסרי פגם. הבנת האינטראקציה ביניהם היא חיונית לתעשיות כמו תעשיית הרכב, תעשיית התעופה והחלל והתעשייה המדויקת, שבהן דיוק ושמרנות החומר הם בעלי חשיבות עליונה.
היכרות בסיסית עם מכונת לحام לייזר
מכונת ריתוך לייזר משתמשת בפולס לייזר בעל אנרגיה גבוהה לתחמם מקומי של החומר בשטח קטן, דרך העברת חום כדי להמס את החומר ולשיג ריתוך. עיקרון העבודה שלה כולל את ההיבטים הבאים:
מיקוד אופטי: מכונת ריתוך הלייזר משתמשת בקרן الليיזר שנוצרת על ידי הלייזר, דרך עדשות או מראות ורכיבים אופטיים אחרים, בכדי למקד את אנרגיית הלייזר לנקודת הריתוך.
הובלת חום: כאשר קרן الليיזר פוגעת בפני השטח של החלק, אנרגיית הלייזר נבלעת ומומרת לאנרגיית חום. אנרגיית החום מועברת בהדרגה לאורך חלק המתכת מוליך במחבר הריתוך באמצעות הובלת חום, מה שגורם לטמפרטורה לעלות.
המסה וערבוב: כאשר פני השטח של המתכת נחשפים לטמפרטורה גבוהה מספיק, המתכת מתחילה להמס ולהפוך לפול טpig. תחת פעולת קרן الليיזר, הפול המסה מתפשט ומעורבב במהירות, כדי להשיג חיבור של מחבר המתכת.
קירור וקרישה: לאחר עצירת קרן الليיזר, האזור המותך מתקרר בהדרגה ויוצר חיבור מלחמה בתהליך הקרישה. במהלך תהליך הקרישה, מולקולות המתכת מסתדרות מחדש ומתקристלות כדי ליצור חיבור מלחמה חזק.
יתרונות של מכונה לحام לייזר
דיוק גבוה: יכול להשיג דיוק ליחסי מיקרון, מתאים במיוחד לצורך בליחות של מבנים קטנים ומורכבים.
מהירות גבוהה: במיוחד במצב ליחות בעומק, בשל ריכוז אנרגיית הליזר, אגן המתכת קטן ועמוק, מה שגורם למהירות ליחה גבוהה ויעילות ייצור גבוהה.
עיוות קטן: ב сравнению לשיטות ליחה מסורתיות, לליחות ליזר יש קליטה נמוכה יותר של חום ופחות השפעה על החומר הסביבתי, מה שתרום להפחתת העיוות לאחר הליחה.
איזור מושפע חום קטן: יכול להפחית את הנזק החום לחומרים הסמוכים ולשפר את איכות צמתי הלحام.
עוצמת ליחות ליזר, מהירות ועובי חומר
1. ספק כוח ליחות ליזר
עוצמת הלייזר היא הגורם הקובע לעומק חדירת הלחימה ולקלט האנרגיה הכולל במהלך הלحام. היא קובעת את החום הנדרש להמסת חומרי הבסיס ויצירת אזור ההמסה. עבור לוחות עבים יותר, נדרשת בדרך כלל עוצמת לייזר גבוהה יותר כדי להשיג עומק חדירה מספיק, בעוד שחומרים דקים יותר יכולים להישמר מהמסה מוגזמת או שריפה באמצעות הגדרות עוצמה נמוכות יותר.
עוצמה גבוהה יותר: מאפשרת חדירה עמוקה יותר, מתאימה ללحام של חומרים עבים יותר. עם זאת, אם העוצמה על לוח דק מדי היא גבוהה מדי, זה יוביל לעיכוב אי-יציבות, פיצוץ ואפילו נזקים של שריפה דרך.
צריכת אנרגיה מופחתת: מתאימה יותר ללוחות דקים, מספקת שליטה טובה יותר ומונעת חימום יתר שיגרום לעיוות החומר או להמסה.
עוצמת הלייזר חייבת להיבחר בזהירות בהתאם לעובי החומר כדי להבטיח התכה נכונה ולאי פגמים.
2. מהירות חיבור
מהירות הלחימה מתייחסת לקצב שבו הליזר נע לאורך החיבור המולחם. היא משפיעה על כמות החום שנכנסת ליחידת אורך, ומשמשת כגורם מרכזי בקביעת איכות הלחימה. קיימת קשר ישיר בין מהירות הלחימה לכוח הליזר, כאשר הגדלת אחד מהם מחייבת בדרך כלל התאמה של השני כדי לשמור על ביצועי לחימה רצויים.
מהירות לחימה גבוהה: מקטינה את כמות החום ליחידת אורך של הלحام, מה שמועיל לחומרים דקים ומונע חימום יתר וליקויי צורה. עם זאת, אם המהירות גבוהה מדי יחסית לכוח נתון, ייתכן שהלחימה לא תחדור מספיק, מה שעלול להוביל לחיבורים חלשים או לצמיגות לא מלאה.
הפחתת מהירות הלחימה: מגדילה את קליטת החום, ובכך מאפשרת נסיקה מרובה וחדרה עמוקה יותר לתוך החומר הבסיסי. זה יתרון למתקעים עבים יותר, אך עלול לגרום לחימום יתר בחומרים דקים או לשפיכת עודפת של המתכת המותכת.
שימוש במהירות לحام אופטימלית הוא קריטי כדי לאזן את קליטת החום ולמנוע פגמים נפוצים בלחימה (כגון רכיבים סpongy, סדקים או עיוותים).
3. עובי החומר
עובי חומרי הלחמה משחק תפקיד חשוב בקביעת עוצמת הכוח הנדרשת ומהירות ההלחמה המותרת. לוחות עבים דורשים יותר חום כדי להשיג חדירה מלאה, מה שפירושו שהלייזר חייב לפעול ברמות עוצמה גבוהות יותר ועשוי להיות צורך להקטין את מהירות ההלחמה כדי לאפשר זמן מספיק לספיגת חום. לעומת זאת, לוחות דקים דורשים פחות עוצמה וגדילה במהירות כדי למנוע קליטת חום מופרזת שעלולה להוביל למסס או שריפה.
לוחות עבים: נדרשת אנרגיה רבה יותר כדי להשיג חדירה מלאה. על الليיזר לספק עוצמה גבוהה יותר ומהירות ההלחמה חייבת להיות איטית יותר כדי להעביר מספיק אנרגיה לחומר.
לוחות דקים: נדרשת אנרגיה פחותה, ולכן ניתן להפחית את עוצמת الليיזר ולהגביר את מהירות ההלחמה. חומרים דקים נוטים יותר לעיוותים הקשורים לחום, ולכן שליטה מדויקת במשתנים אלו היא קריטית.
האינטראקציה בין כוח, מהירות ועובי
היחס בין מהירות הלחמת הלייזר, עוצמתו ועובי הגיליון הוא עניין של שיווי משקל. עבור כל עובי חומר, קיימת שילוב אופטימלי של עוצמת לייזר ומהירות חיבור כדי להבטיח איכות חיבור גבוהה, עומק חדירה נכון וחוסר מינימלי בפגמים.
לדוגמה, בעת ריתוך של לוחות פלדה עבים, הגדלת עוצמת הלייזר ללא התאמת מהירות הריתוך עלולה להוביל לקליטת חום מופרזת, מה שיגרום לפגמים כגון עיוות או חריצי ריתוך רחבים מדי. לעומת זאת, הקטנת מהירות הריתוך ללא הגברת העוצמה עלולה לגרום לריתוכים להיות עמוקים מדי, ובכך עלולה להיגרם חימום יתר של החומר. בחומרים דקים, עוצמה מופרזת בשילוב עם מהירות ריתוך איטית עלולה להוביל להתמסה מוגזמת או לחור ב materiał.
הקשר בין מהירות הלחמת לייזר לעובי הלוח
לוחות עבים דורשים מהירות חיבור איטית יותר
בעת ריתוך בקרני לייזר של לוחות עבים יותר, נדרש חום רב יותר כדי להשיג חדירה מלאה ולבטיח עוצמה מספקת של המפרק. לכן, חשוב להאט את מהירות ההליך כדי לאפשר מספיק זמן לקרן الليיזר להעביר חום לאורך כל עובי החומר. אם מהירות ההליך תהיה גבוהה מדי, אנרגיית הלייזר לא תחדור באופן מלא, מה שעלול להוביל לעומק חדירה לא מספיק, ריתוך לא רציף או עוצמה לא מספקת של המפרק.
לוח עבה (>6 מ"מ): מהירות הריתוך צריכה להיות איטית כדי להבטיח שאנרגיית הלייזר תוכל לחדור לחלוטין לאורך כל עובי הלוח, ולבנות ריתוך יציב וחזק.
ניתן לרתך לוחות דקים במהירות רבה יותר
ביחס ללוחות עבים, חומרי גיליון דקים (פחות מ-2 מ"מ) דורשים פחות חום, מה שמאפשר ללייזרים לחדור לאורך כל עובי החומר ביתר קלות. זה מאפשר מהירויות ריתוך גבוהות יותר שמונעות באופן יעיל חימום יתר או התכה מוגזמת, ובכך מונעות עיוותי ריתוך או שריפת חומר. בנוסף, מהירויות ריתוך גבוהות יותר יכולות לשפר משמעותית את היעילות הכוללת.
לוח דק (<2 מ"מ): יש להשתמש במהירות ריתוך גבוהה כדי להפחית עיוות, שריפה דרך וחסרונות ריתוך אחרים הנובעים מחימום יתר של החומר.
השפעת עוצמת הלייזר על מהירות הריתוך ועובי הלוח
עוצמת הלייזר קובעת את כמות האנרגיה שנכנסת במהלך הריתוך. לייזרים בעלי עוצמה גבוהה מספקים פלט חום חזק יותר, ולכן הם אידיאליים לריתוך חומרים עבים, בעוד שלייזרים בעלי עוצמה נמוכה מתאימים יותר ללוחות דקים. בבחירת מהירות הריתוך, חשוב להתאים את עוצמת הלייזר לעובי הלוח, כדי להבטיח חדירה מספקת מבלי לגרום לחימום יתר של החומר.
ריתוך לייזר בעוצמה גבוהה של לוח עבה
בעת ריתוך של לוחות עבים יותר, נדרשת הספק לייזר גבוה יותר כדי להבטיח העברת חום מספקת אל תוך החומר כדי ליצור אזור נוזלי יציב. בשילוב עם מהירות ריתוך נמוכה יותר, אנרגיית הלייזר יכולה לחמם את החומר באופן אחיד לאורך זמן ארוך יותר, כדי להבטיח עומק חדירה.
ריתוך בעוצמת 6 ק"ו של לוח עבה (10 מ"מ): מהירות הריתוך היא בדרך כלל בין 0.5-1.2 מטר לדקה.
ריתוך לייזר של לוחות דקים בעוצמה נמוכה
במיתוך לוחות דקים, עוצמה נמוכה ומהירויות גבוהות יותר עוזרות למנוע חימום יתר ועיוותי ריתוך. בדרך כלל, כאשר עוצמת הלייזר נעה בטווח 2-3 ק"ו, ניתן לעבד לוחות שעובשם פחות מ-2 מ"מ.
ריתוך בעוצמת 2 ק"ו של לוח דק (1 מ"מ): מהירות הריתוך היא בדרך כלל בין 5-10 מטר לדקה.
טבלת השוואת עוצמת מכונת ריתוך לייזר למהירות הריתוך
להלן השוואה בין עוצמת מכונת ריתוך לייזר למהירות הריתוך בתנאי עובי לוח שונים:
| עובי חומר (מ"מ) | עוצמת לייזר (ק"ו) | מהירות ריתוך (מ/דקה) |
| 1.0 | 2.0 | 7.0 |
| 2.0 | 3.0 | 4.5 |
| 4.0 | 4.0 | 2.5 |
| 6.0 | 6.0 | 1.2 |
| 8.0 | 8.0 | 0.8 |
| 10.0 | 10.0 | 0.6 |
פלטה דקה (1-2 מ"מ): שילוב של הספק נמוך (2-3 קילוואט) ומהירות ריתוך גבוהה (5-10 מטר לדקה) מתאים לסוג זה של ריתוך, ומבטיח פעילות מהירה ללא ייצור מוגזם של חום.
פלטות בינוניות ועבות (4-6 מ"מ): הספק בינוני (4-6 קילוואט) בשילוב עם מהירות ריתוך בינונית (1-3 מטר לדקה) מבטיח עומק היתוך מספק ומנiec את אזור ההשפעה התרמית המוגזמת.
פלטות עבות (>6 מ"מ): עבור פלטות עבות יש להשתמש בהספק גבוה (8-10 קילוואט) בשילוב עם מהירות ריתוך איטית (0.5-1 מטר לדקה), כדי להבטיח חדירת חום מספקת לחומר וליצירת חיבור עמיד.
טבלת הספק, עובי ומהירות בריתוך לייזר
ריתוך לייזר הוא טכנולוגיית חיבור מדויקת המאפשרת ריתוך במהירות גבוהה ואיכות גבוהה לגדלים שונים של מתכות. הקשר בין הספק לייזר, עובי החומר ומהירות הריתוך הוא קריטי להשגת תוצאות אופטימליות. זוהי טבלה מקיפה המתארת את הפרמטרים הללו עבור חומרים נפוצים.
פלדה רכה
מתכת אל חלד
אלומיניום
נְחוֹשֶׁת
מתכת צהובה
גיליון מגולוון
סיכום
לסיכום, לוחות עבים יותר דורשים בדרך כלל הספק גבוה ומהירות ריתוך איטית יותר, בעוד חומרים דקים יותר זקוקים להספק נמוך ומהירות ריתוך גבוהה יותר. שיווי המשקל העדין הזה מבטיח יעילות בשימוש באנרגיה ואיכות ריתוך מיטבית. הבנת הקשרים ההדדיים האלה מאפשרת לייצרנים למקסם את התהליכים שלהם עבור יישומים, חומרים ועוביים ספציפיים, מה שמייצר ריתוכים חזקים ואמינים יותר עם פחות פגמים.
