Lazerinė technologija

Lazerinio suvirinimo greičio, galios ir medžiagos storio santykis yra labai svarbus norint nustatyti suvirinimo proceso kokybę ir efektyvumą. Šie trys veiksniai (suvirinimo greitis, lazerio galia ir medžiagos storis) yra tarpusavyje susiję ir juos būtina optimizuoti, kad būtų pasiekiami stiprūs, defektų neturintys siūliai. Supratimas, kaip jie sąveikauja, yra gyvybiškai svarbus pramonės šakose, tokiuose kaip automobilių, aviacijos ir gamybos pramonė, kur tikslumas ir medžiagos vientisumas turi didžiausią reikšmę.

Pagrindinis lazerinio suvirinimo aparato pristatymas

Lazerio suvirinimo mašina naudoja aukštos energijos lazerio impulsus, kad vietiniu būdu pašildytų medžiagą mažoje vietoje, o šilumos laidumu ištirpintų medžiagą ir pasiektų suvirinimą. Jos veikimo principas apima šiuos aspektus:

• Optinis sutelkimas: Lazerio suvirinimo mašina naudoja lazerį gaminamą spindulį, kuris per lęšius, veidrodžius ir kitus optinius komponentus sutelkia lazerio energiją suvirinimo taške.

• Šilumos laidumas: Kai lazerio spindulys krinta ant darbinio kūno paviršiaus, lazerio energija yra sugeriama ir verčiama į šiluminę energiją. Ši energija palaipsniui perduodama per metalinės suvirinamos dalies laidžiąją dalį šilumos laidumo būdu, todėl temperatūra kyla.

• Lydymasis ir maišymasis: Kai metalo paviršius pasiekia pakankamai aukštą temperatūrą, jis pradeda lydytis ir susidaro lydalas. Po lazerio spindulio poveikio lydalas greitai plinta ir maišosi, užtikrindamas metalinės jungties sujungimą.

• Aušinimas ir sustirpdymas: po to, kai lazerio spindulys sustabdomas, lydymosi baseinas palaipsniui aušta ir sustirpdamas suformuoja suvirintą sąjungą. Sustirpdymo procese metalo molekulės pergrupuojasi ir kristalizuojasi, sudarydamos tvirtą suvirinimo jungtį.

Lazerinio suvienodinimo aparato privalumai

• Didelis tikslumas: gali pasiekti mikronų lygio suvirinimo tikslumą, ypač tinka mažų ir sudėtingų konstrukcijų suvirinimo reikalavimams.

• Didelis greitis: ypač giliame lydymosi suvirinimo režime dėl lazerio energijos koncentracijos lydymosi baseinas yra mažas ir gilus, todėl suvirinimo greitis didelis, o gamybos našumas aukštas.

• Mažas iškraipymas: palyginti su tradiciniais suvirinimo būdais, lazerinis suvirinimas turi mažesnį šilumos įvedimą ir mažiau paveikia aplinkinę medžiagą, kas padeda sumažinti suvirinus atsirandantį iškraipymą.

• Maža šilumos paveiktoji zona: leidžia sumažinti šiluminį pažeidimą aplinkinių medžiagų atžvilgiu ir pagerinti suvirintų sąjungų kokybę.

Lazerinio suvirinimo galia, greitis ir medžiagos storis

1. Lazerinio suvirinimo maitinimo šaltinis

Lazerio galia yra lemiantis veiksnys, nustatant lydymo gylį ir bendrą energijos kiekį per suvirinimą. Ji nulemia šilumą, reikalingą pagrindiniams medžiagoms lydyti ir formuoti suvirinimo vonią. Storesnėms plokštėms paprastai reikia didesnės lazerio galios, kad būtų pasiektas pakankamas pralaidumo gylis, o plonesnės medžiagos gali būti apsaugotos nuo pernelyg stipraus lydymo arba perdegimo mažesniais galios nustatymais.

• Didelė galia: gali pasiekti gilesnį pralaidumą, tinka storesnių medžiagų suvirinimui. Tačiau jei plonai plokštei galia per didelė, tai gali sukelti skylių nestabilumą, ištryškimą ir netgi perdegimo defektus.

• Sumažinta energijos sąnauda: labiau tinka plonesnėms plokštėms, užtikrina geresnį valdymą ir neleidžia perkaisti, dėl ko atsiranda medžiagos deformacija ar lydymasis.

Lazerio galia turi būti atidžiai parinkta pagal medžiagos storį, kad būtų užtikrintas tinkamas susiliejimas ir nebūtų jokių defektų.

2. Sudėjimo greitis

Tvirtinimo greitis nurodo spindulio judėjimo greitį palei suvirintą siūlę. Jis veikia šilumos padavimą vienetiniam ilgiui ir yra pagrindinis veiksnys, lemiantis suvirinimo kokybę. Tarp suvirinimo greičio ir lazerio galios yra tiesioginė priklausomybė – vieną iš jų padidinus, paprastai reikia atitinkamai sureguliuoti kitą, siekiant išlaikyti pageidaujamą suvirinimo našumą.

• Didesnis suvirinimo greitis: sumažina šilumos padavimą vienetiniam suvirinimo ilgiui, kas naudinga plonoms medžiagoms ir padeda išvengti perkaitymo bei deformacijos. Tačiau jei greitis per didelis esant tam tikrai galiai, suvirinimas gali būti nepakankamai prasiskverbęs, dėl ko atsiranda silpni sujungimai arba nevisiškas susiliejimas.

• Sumažinti suvirinimo greitį: padidėja šilumos padavimas, kuris leidžia labiau ištirpinti medžiagą ir giliau prasiskverbti į pagrindą. Tai naudinga storesnėms plokštėms, tačiau gali sukelti perkaistą plonomedžiagėms arba pernelyg intensyvų lydalio tekėjimą.

Naudojant optimalų suvirinimo greitį ypač svarbu subalansuoti šilumos padavimą ir išvengti dažnų suvirinimo defektų (tokių kaip porėtumas, įtrūkimai ar deformacija).

3. Medžiagos storis

Suvirinimo medžiagų storis lemia reikiamą galingumą ir leistinus suvirinimo greičius. Storesnėms plokštėms pasiekti visiškam prasiskverbimui reikia daugiau šilumos, todėl lazeris turi veikti didesniu galios lygiu ir gali prireikti sumažinti suvirinimo greitį, kad būtų užtikrintas pakankamas šilumos sugerties laikas. Atvirkščiai, plonesnėms plokštėms reikia mažesnio galingumo ir didesnių greičių, kad būtų išvengta per didelio šilumos kiekio, kuris gali sukelti lydymąsi arba perdegimą.

• Storesnės plokštės: Reikia daugiau energijos, kad būtų pasiektas visiškas prasiskverbimas. Lazeris turi tiekti didesnę galią, o suvirinimo greitis turi būti lėtesnis, kad medžiagai būtų perduota pakankamai energijos.

• Plonesnės plokštės: Reikia mažiau energijos, todėl lazerio galia gali būti sumažinta, o suvirinimo greitis padidintas. Plonos medžiagos labiau linkusios deformuotis dėl šilumos, todėl šių kintamųjų tikslus valdymas yra būtinas.

Jėgos, greičio ir storio sąveika

Lazerinio suvirinimo greičio, galios ir lakšto storio santykis yra subalansuotas veiksnys. Kiekvienam medžiagos storiui egzistuoja optimali lazerio galios ir suvirinimo greičio kombinacija, užtikrinanti aukštą suvirinimo kokybę, tinkamą prasiskverbimo gylį ir minimalius defektus.

Pavyzdžiui, suvirinant storesnes plieno plokštes, padidinus lazerio galią nereguliuojant suvirinimo greičio, gali atsirasti pernelyg didelis šilumos įvedimas, dėl kurio atsiranda defektų, tokių kaip išlinkimas ar per plačios suvirinimo siūlės. Atvirkščiai, sumažinus suvirinimo greitį be galios padidinimo, siūlės gali tapti per gilios, potencialiai sukeliant medžiagos perkaitimą. Plonoms medžiagoms per didelė galia, derinama su lėtu suvirinimo greičiu, gali sukelti pernelyg stiprų lydymąsi arba medžiagos perdegimą.

Lazerinio suvirinimo greičio ir plokštės storio ryšys

Storesnėms plokštėms reikalingas lėtesnis suvirinimo greitis

Lazerio suvirinimo metu storesnėms plokštėms reikia daugiau šilumos, kad būtų pasiekta pilna skvarba ir užtikrinta pakankama sujungimo stipris. Todėl yra svarbu sumažinti suvirinimo greitį, kad leistų pakankamai laiko lazerio spinduliui perduoti šilumą per visą medžiagos storį. Jei suvirinimo greitis per didelis, lazerio energija nebus visiškai prasiskverbianti, dėl ko gali atsirasti nepakankamas skvarbos gylis, nutrūkstantys siūliai arba nepakankamas sujungimo stipris.

• Storos plokštės (>6 mm): suvirinimo greitis turi būti lėtas, kad būtų užtikrinta, jog lazerio energija galėtų visiškai prasiskverbti per visą plokštės storį ir sudaryti stabilų bei aukšto stiprio siūlį.

Plonas plokštes galima suvirinti greičiau

Palyginti su storomis plokštėmis, plonos lakštinės medžiagos (mažesnio nei 2 mm storio) reikalauja mažiau šilumos, leidžiant lazeriams lengviau prasiskverbti per visą storį. Tai leidžia didesnius suvirinimo greičius, kurie veiksmingai neleidžia perkaitimo ar pernelyg stipraus lydymosi, taip išvengiant suvirinimo deformacijų ar perdegimo. Be to, didesnis suvirinimo greitis gali žymiai padidinti bendrą efektyvumą.

• Plona plokštė (<2 mm): suvirinimo greitis turėtų būti didelis, kad būtų sumažinta deformacija, perdegimas ir kitos suvirinimo klaidos, atsirandančios dėl medžiagos perkaitimo.

Lazerio galios poveikis suvirinimo greičiui ir plokštės storiui

Lazerio galia nustato energijos kiekį, paduodamą per suvirinimą. Aukštos galios lazeriai suteikia stipresnį šilumos išmetimą, todėl yra tinkamesni storesnių medžiagų suvirinimui, o žemos galios lazeriai geriau tinka plonoms plokštėms. Renkantis suvirinimo greitį, būtina derinti lazerio galią prie plokštės storio, kad užtikrinti pakankamą prasiskverbimą, nesukeliant medžiagos perkaitimo.

Storos plokštės aukštos galios lazerinis suvirinimas

Virinant storesnes plokštes, reikalinga didesnė lazerio galia, kad užtikrintų pakankamą šilumos perdavimą į medžiagą ir susidarytų stabilus lydalio telkinys. Derinant su mažesniu virinimo greičiu, lazerio energija ilgesnį laikotarpį tolygiai kaitina medžiagą, užtikrindama lydymosi gylį.

• 6 kW galios storos plokštės (10 mm) suvirinimas: virinimo greitis paprastai yra tarp 0,5–1,2 m/min.

Plonos plokštės mažos galios lazerinis suvirinimas

Virinant plonas plokštes, mažesnė galia ir didesnis greitis padeda išvengti perkaisti ir suvirinimo deformacijos. Paprastai, kai lazerio galia yra 2–3 kW diapazone, gali būti apdorojamos plokštės, storesnės nei 2 mm.

• 2 kW galios plonos plokštės (1 mm) suvirinimas: virinimo greitis paprastai yra tarp 5–10 m/min.

Lazerinio suvirinimo mašinos galios ir greičio palyginimo lentelė

Toliau pateikiamas lazerinio suvirinimo mašinos galios ir suvirinimo greičio palyginimas esant skirtingam plokščių storiui:

• Plona plokštė (1-2 mm): šiam suvirinimo tipui tinka mažos galios (2–3 kW) ir didelio greičio (5–10 m/min) kombinacija, užtikrinanti greitą darbą be pernelyg didelio šilumos kiekio.

• Vidutinės ir storos plokštės (4–6 mm): vidutinės galios (4–6 kW) ir vidutinio greičio (1–3 m/min) suvirinimas gali užtikrinti lydymosi gylį ir išvengti per didelės šilumos paveiktos zonos.

• Storos plokštės (>6 mm): storoms plokštėms naudokite didelę galią (8–10 kW), derindami su lėtu suvirinimu (0,5–1 m/min), kad užtikrintumėte pakankamą šilumos priskverbimą į medžiagą ir sukurtumėte aukštos stiprybės sujungimą.

Lazerinio suvirinimo galios, storio ir greičio lentelė

Lazerinis suvirinimas – tai tikslus sujungimo metodas, leidžiantis greitai ir aukštos kokybės suvirinti įvairaus storio metalus. Sąsaja tarp lazerio galios, medžiagos storio ir suvirinimo greičio yra būtina norint pasiekti optimalių rezultatų. Tai išsami lentelė, kurioje pateikiami šie parametrai dažniausiai naudojamoms medžiagoms.

Mild steel

Nerūdantis plienas

Aliuminio

Varpas

Geltonasis metalas

Cinkuotas lakštas

Išvada

Apibendrinant, storesnėms plokštėms paprastai reikia didesnės galios ir lėtesnių suvirinimo greičių, o plonesnėms medžiagoms – mažesnės galios ir didesnio suvirinimo greičio. Šis delikatus balansas užtikrina efektyvų energijos naudojimą ir aukštesnę suvirinimo kokybę. Šių tarpusavio ryšių supratimas leidžia gamintojams optimizuoti savo procesus konkrečioms aplikacijoms, medžiagoms ir storiams, dėl ko gaunama stipresnių, patikimesnių suvirinimo siūlių su mažiau defektų.