Laser tehnologija

Однос између брзине ласерског заваривања, снаге и дебљине материјала од суштинског је значаја за одређивање квалитета и ефикасности процеса заваривања. Ова три фактора (брзина заваривања, ласерска снага и дебљина материјала) међусобно су зависни и морају бити оптимизовани да би се постигла чврста, безгрешна заварена веза. Разумевање начина на који они утичу један на другог од суштинског је значаја за индустрије као што су аутомобилска, аеропросторна и производна, где су прецизност и целовитост материјала од пресудне важности.

Основни увод у ласерску машину за заваривање

Ласерска заваривачка машина користи ласерски импулс високе енергије за локално загревање материјала у малим подручјима, а затим кроз провођење топлоте топи материјал ради постизања завареног споја. Њен радни принцип углавном обухвата следеће аспекте:

• Оптичко фокусирање: Ласерска заваривачка машина користи ласерски зрак који производи ласер, пролазећи кроз сочива или огледала и друге оптичке компоненте, како би се ласерска енергија фокусирала на тачку заваривања.

• Провођење топлоте: Када ласерски зрак осветљава површину предмета, ласерска енергија се апсорбује и претвара у топлотну енергију. Та топлотна енергија се постепено преноси кроз метални проводни део завареног споја путем провођења топлоте, услед чега температура расте.

• Топљење и мешање: Када се површина метала изложи довољно високој температури, метал почиње да се топи и формира се растопљена вана. Под дејством ласерског зрака, растопљена вана брзо се шири и меша, чиме се постиже повезивање металног споја.

• Hlađenje i očvršćavanje: Nakon što se laserski zrak zaustavi, rastopljeni bazen postepeno se hladi i formira zavareni spoj tokom procesa očvršćavanja. Tokom ovog procesa, metalni molekuli se preuređuju i kristališu kako bi formirali jak zavareni spoj.

Prednosti laserne svarkivacke mašine

• Visoka preciznost: može postići tačnost zavarivanja na nivou mikrona, što je posebno pogodno za zahteve zavarivanja minijaturnih i kompleksnih struktura.

• Brzina izvođenja: naročito u režimu dubokog topljenja, zbog koncentracije laserske energije, bazen je mali i dubok, što rezultuje velikom brzinom zavarivanja i visokom proizvodnom efikasnošću.

• Mala deformacija: u poređenju sa tradicionalnim metodama zavarivanja, lasersko zavarivanje ima niži ulaz toplote i manji uticaj na okolni materijal, što doprinosi smanjenju deformacije nakon zavarivanja.

• Mala zona termičkog uticaja: može smanjiti termičku štetu po okolne materijale i poboljšati kvalitet zavarenih spojeva.

Snaga laserskog zavarivanja, brzina i debljina materijala

1. Napajanje za lasersko zavarivanje

Ласерска снага је одлучујући фактор у одређивању дубине проникавања завареног шава и укупног уноса енергије током заваривања. Она одређује количину топлоте потребну за топљење основних материјала и формирање заварене купке. За дебље плоче, обично је потребна већа ласерска снага да би се постигла довољна дубина проникавања, док се танји материјали могу заштитити од прекомерног топљења или продирања смањењем снаге.

• Већа снага: може остварити дубље проникавање, погодна је за заваривање дебљих материјала. Међутим, ако је снага на танкој плочи превелика, довешће до нестабилности мале рупе, разбацивања честица и чак до дефекта продирања.

• Смањена потрошња снаге: погоднија је за тање плоче, омогућава бољу контролу и спречава прегревање које може изазвати деформацију или топљење материјала.

Ласерску снагу мора се пажљиво одабрати у зависности од дебљине материјала како би се осигурала исправна фузија и избегли дефекти.

2. Brzina svarivanja

Brzina zavarivanja odnosi se na brzinu kojom laser putuje duž zavarene veze. Ona utiče na toplotni učinak po jedinici dužine i ključan je faktor u određivanju kvaliteta zavarivanja. Postoji direktna veza između brzine zavarivanja i snage lasera, jer povećanje jednog obično zahteva podešavanje drugog kako bi se održala željena performansa zavarivanja.

• Veća brzina zavarivanja: Smanjuje toplotni učinak po jedinici dužine zavarivanja, što je korisno za tanke materijale i sprečava pregrejanje i deformaciju. Međutim, ako je brzina prevelika za datu snagu, zavar može imati nedovoljnu prodirnost, što rezultuje slabim spojevima ili nepotpunim spajanjem.

• Smanjenje brzine zavarivanja: Povećava toplotni učinak kako bi se više materijala stopilo i postiglo dublje prodiranje u podlogu. Ovo je pogodno za deblje ploče, ali može dovesti do pregrejanja tankih materijala ili prekomernog tečenja rastopljenog metala.

Korišćenje optimalne brzine zavarivanja od presudnog je značaja za uravnoteženje toplotnog učinka i izbegavanje uobičajenih grešaka pri zavarivanju (poput poroznosti, pucanja ili deformacije).

3. Debljina materijala

Дебљина заваривања материјала има кључну улогу у одређивању потребне снаге и дозвољених брзина заваривања. Дебљи лимови захтевају више топлоте да би се постигао потпун продор, што значи да ласер мора радити на вишем нивоу снаге и можда смањити брзину заваривања како би се обезбедило довољно времена за апсорпцију топлоте. Супротно томе, тањи лимови захтевају мање снаге и веће брзине да би се спречио превелики унос топлоте који може довести до топљења или продирања кроз материјал.

• Дебљи лимови: Потребно је више енергије да би се постигао потпун продор. Ласер мора обезбедити већу снагу, а брзина заваривања мора бити спорија да би се пренело довољно енергије на материјал.

• Тањи лимови: Потребно је мање енергије, па се снага ласера може смањити, а брзина заваривања повећати. Танки материјали су подложнији деформацијама изазваним топлотом, па је прецизна контрола ових параметара критична.

Међусобна интеракција силе, брзине и дебљине

Однос између брзине ласерског заваривања, снаге и дебљине лима је равнотежа. За сваку дебљину материјала постоји оптимална комбинација снаге ласера и брзине заваривања како би се осигурала висока квалитет заваривања, исправна дубина проникавања и минимални дефекти.

На пример, када се заварују дебеле челичне плоче, повећање снаге ласера без подешавања брзине заваривања може довести до прекомерног уноса топлоте, што резултира дефектима као што су изобличења или превише широке заварене нити. Супротно томе, смањење брзине заваривања без повећања снаге може учинити да заварени шавови постану превише дубоки, што потенцијално доводи до прегревања материјала. За танке материјале, прекомерна снага у комбинацији са спором брзином заваривања може довести до прекомерног топљења или продирања кроз материјал.

Однос између брзине ласерског заваривања и дебљине плоче

Дебеле плоче захтевају спорију брзину заваривања

Код ласерског заваривања дебљих плоча, материјал захтева више топлоте да би се постигао потпун продор и осигурана адекватна чврстоћа споја. Стога је од суштинског значаја смањити брзину заваривања како би се обезбедило довољно времена за пренос топлоте ласерске зраке кроз целу дебљину материјала. Ако је брзина заваривања превелика, ласерска енергија неће потпуно продрети, што може резултирати недовољном дубином продирања, прекидима у завару или недовољном чврстоћом споја.

• Дебела плоча (>6мм): Брзина заваривања треба да буде спора како би се осигурало да ласерска енергија потпуно продре кроз целу дебљину плоче и формира стабилан и високочврсти завар.

Танке плоче могу се заваривати брже

U poređenju sa deblim pločama, tanki limeni materijali (manje od 2 mm) zahtevaju manje toplote, što omogućava laserima da lakše prođu kroz celokupnu debljinu. To omogućava veće brzine zavarivanja kojima se učinkovito sprečava pregrevanje ili prekomerno topljenje, čime se izbegava deformacija spoja ili probijanje. Dodatno, veće brzine zavarivanja mogu značajno poboljšati ukupnu efikasnost.

• Tanka ploča (<2 mm): brzina zavarivanja treba da bude velika kako bi se smanjile deformacije, probijanje i drugi nedostaci zavarivanja uzrokovani pregrevanjem materijala.

Uticaj snage lasera na brzinu zavarivanja i debljinu ploče

Snaga lasera određuje ulaz energije tokom zavarivanja. Laseri veće snage obezbeđuju jači toplotni izlaz, što ih čini idealnim za zavarivanje debljih materijala, dok su laseri niže snage bolje prilagođeni tankim pločama. Pri izboru brzine zavarivanja, od presudne važnosti je uskladiti snagu lasera sa debljinom ploče kako bi se osiguralo dovoljno prodiranje bez pregrevanja materijala.

Zavarivanje debele ploče laserom visoke snage

Приликом заваривања дебљих плоча, потребна је већа снага ласера како би се осигурала довољна пренос топлоте у материјал да би се формирао стабилан растопљени базен. Када се комбинује са нижом брзином заваривања, ласерска енергија може равномерно загревати материјал дужи временски период како би се осигурала дубина спајања.

• заваривање дебеле плоче са снагом од 6kW: брзина заваривања је обично између 0,5-1,2m/min.

Ласерско заваривање танких плоча са ниском снагом

Код заваривања танких плоча, нижа снага и веће брзине помажу у спречавању прекомерног загревања и деформације завареног шава. Обично, када је снага ласера у опсегу од 2-3kW, могу се обрадити плоче дебљине мање од 2mm.

• заваривање танке плоче са снагом од 2kW (1mm): брзина заваривања је обично између 5-10m/min.

Табела поређења снаге и брзине ласерског заваривачког апарата

У наставку је поређење снаге ласерског заваривачког апарата и брзине заваривања у зависности од дебљине плоче:

• Tanki lim (1-2 mm): Kombinacija niske snage (2-3 kW) i visoke brzine zavarivanja (5-10 m/min) pogodna je za ovu vrstu zavarivanja, osiguravajući brzo izvođenje bez prekomernog zagrevanja.

• Srednji i debeli lim (4-6 mm): srednja snaga (4-6 kW) u kombinaciji sa srednjom brzinom zavarivanja (1-3 m/min) može osigurati dubinu provaravanja i izbeći preveliku zonu termičkog uticaja.

• Debeli limovi (>6 mm): Za debele limove koristite veliku snagu (8-10 kW) u kombinaciji sa sporim zavarivanjem (0,5-1 m/min) kako biste osigurali dovoljno toplote koja prodire u materijal i formira spoj velike čvrstoće.

Tabela snage laserskog zavarivanja, debljine i brzine

Lasersko zavarivanje je precizna tehnologija spajanja koja omogućava brzo i kvalitetno zavarivanje različitih debljina metala. Odnos između snage lasera, debljine materijala i brzine zavarivanja ključan je za postizanje optimalnih rezultata. Ovo je detaljna tabela koja navodi ove parametre za uobičajene materijale.

Милд Стеел

Нержајући челик

Aluminijum

Bakar

Žuti metal

Галванизед Схеет

Закључак

Укратко, дебље плоче генерално захтевају већу снагу и спорије брзине заваривања, док танки материјали захтевају нижу снагу и веће брзине заваривања. Ова деликатна равнотежа обезбеђује ефикасну употребу енергије и врхунски квалитет заваривања. Разумевање ових међусобних односа омогућава произвођачима да оптимизују своје процесе за специфичне примене, материјале и дебљине, што резултира јачим, поузданјим завареним спојевима са мање недостатака.