Процесс лазерной сварки — параметры
Система лазерной сварки состоит из лазера, передающего оптического волокна, коллимационно-фокусирующей головки или гальванометра и т. д. Свет от оптического волокна является расходящимся и должен быть приведён в параллельный пучок с помощью коллимирующей линзы, а затем сфокусирован фокусирующей линзой (эффект увеличительного стекла). Основные параметры при наладке лазерного процесса включают: мощность, скорость, величину дефокусировки и защитный газ.
В общем случае перед определением параметров заготовки необходимо сначала установить скорость обработки. Для этого требуется согласование с заказчиком, чтобы определить скорость исходя из его требований. Например, при наличии требований к циклу производства и объёму выпуска примерную скорость можно определить методом обратного расчёта. Затем на основе полученного значения можно внести корректировки в технологический процесс.
Как правило, чрезмерно высокая скорость приводит к V-образной характеристике, показанной на изображении.
Мощность: это мощность лазерной сварки, которая обычно задаётся посредством формы волны. Лазерная сварка представляет собой процесс преобразования энергии, связанный с подводом и поглощением тепла. Поэтому управление формой волны и мощностью требует значительного опыта. Параметры различаются в зависимости от типа материала, его толщины, вида сварного шва и используемого оборудования. Для достижения оптимальных результатов необходимо внимательно контролировать энергию: изменение формы волны влияет на изменение удельной энергии. Данная настройка, как правило, включена в программное обеспечение и может отслеживаться для накопления опыта в отношении того, как различные материалы влияют на изменение энергии. Контроль образования трещин, как правило, требует ещё большего опыта. Металлографические характеристики, соответствующие мощности при сварке прямолинейного шва, — это глубина и ширина шва. Если глубина и ширина шва недостаточны, необходимо увеличить энергию; если они чрезмерны — уменьшить энергию.
Различные уровни мощности напрямую влияют на глубину плавления, как показано на рисунке — это металлографическая диаграмма глубины плавления при различных уровнях энергии.
Недостаточная энергия часто приводит к частичному или неполному сварному шву, как показано на изображении. Плавится лишь тонкий поверхностный слой, а проникновение получается очень неглубоким, что затрудняет выполнение технологических требований.
Дефокусировка: во-первых, удельная энергия лазерного луча не является однородной в каждой точке. Максимальная концентрация энергии достигается в фокальной точке, где размер пятна минимальный (меньшая площадь воздействия лазера, более сосредоточенная энергия). Поэтому все корректировки параметров имеют смысл только после определения фокальной точки. Таким образом, поиск фокальной точки является чрезвычайно важной и технически сложной задачей.
Защитный газ: Существует множество типов защитных газов. В промышленных производственных линиях для снижения затрат обычно используется азот, тогда как в лабораториях основным газом является аргон. Также применяются гелий и другие инертные газы. Как правило, эти два газа используются в особых ситуациях. Поскольку лазерная сварка представляет собой высокотемпературный и бурный процесс реакции, металл плавится и испаряется. При высоких температурах металл чрезвычайно активен, и при контакте с кислородом возникает бурная реакция, приводящая к обильному разбрызгиванию и образованию шероховатой, неровной поверхности сварного шва. Поэтому защитный газ применяется для создания безкислородной среды в небольшой зоне (вблизи сварочной ванны), чтобы предотвратить бурные окислительные реакции, которые могут вызвать дефекты сварного соединения и шероховатость наружной поверхности.
Если расход защитного газа слишком велик, он будет выдувать расплавленную ванну; если он слишком мал, газ не сможет эффективно защищать расплавленную ванну от воздействия кислорода. Его необходимо гибко регулировать в зависимости от условий работы на месте.
