Процес лазерного зварювання — параметри
Система лазерного зварювання складається з лазера, передавального оптичного волокна, колімуючо-фокусуючої головки або гальванометра тощо. Світло від оптичного волокна є розбіжним і потребує колімації в паралельне світло за допомогою колімуючої лінзи, а потім фокусування за допомогою фокусуючої лінзи (ефект збільшувального скла). Основними параметрами під час налагодження лазерного процесу є: потужність, швидкість, величина дефокусування та захисний газ.
Загалом кажучи, перш ніж визначити параметри заготовки, спочатку потрібно встановити швидкість обробки. Для цього необхідно узгодити швидкість із замовником, виходячи з його вимог. Наприклад, якщо є вимоги до тривалості виробничого циклу та виробничої потужності, приблизну швидкість можна визначити методом зворотного розрахунку. Після цього можна вносити корективи в технологічний процес на основі отриманого значення.
Зазвичай надмірна швидкість призводить до V-подібної характеристики, як показано на зображенні.
Потужність: це потужність лазерного зварювання, яку зазвичай встановлюють за допомогою форми хвилі. Лазерне зварювання — це процес перетворення енергії, що передбачає введення та поглинання тепла. Тому керування формою хвилі та потужністю вимагає значного досвіду. Ці параметри варіюються залежно від різних матеріалів, їхньої товщини, типів зварних швів та обладнання. Щоб досягти оптимальних результатів, необхідно уважно стежити за енергією: зміни форми хвилі впливають на зміну питомої енергії. Зазвичай цей параметр включається в програмне забезпечення, що дозволяє спостерігати за ним і накопичувати досвід щодо того, як різні матеріали впливають на зміни енергії. Контроль тріщин, як правило, вимагає особливо великого досвіду. Металографічними характеристиками, що відповідають потужності при зварюванні прямолінійного шва, є глибина та ширина зварного шва. Якщо глибина та ширина шва надто малі, потрібно збільшити енергію; якщо вони надто великі — зменшити енергію.
Різні рівні потужності безпосередньо впливають на глибину плавлення, як показано на зображенні — це металографічна діаграма глибини плавлення за різних рівнів енергії.
Недостатня енергія часто призводить до часткового або неповного зварювання, як показано на зображенні. Плавиться лише незначний поверхневий шар із дуже малою глибиною проникнення, що ускладнює виконання технологічних вимог.
Дефокусування: по-перше, питома енергія лазерного променя не є однаковою в усіх точках. Найбільша концентрація енергії спостерігається у фокусі, де розмір плями мінімальний (менша площа дії лазера, більш концентрована енергія). Тому всі коригування параметрів мають сенс лише після визначення фокусу. Отже, знаходження фокусу є критично важливим і технічно складним завданням.
Захисний газ: Існує багато типів захисних газів. У промислових виробничих лініях, як правило, для контролю витрат використовується азот, тоді як у лабораторіях основним газом є аргон. Також застосовуються гелій та інші інертні гази. Зазвичай ці два гази використовують у спеціальних ситуаціях. Оскільки лазерне зварювання — це процес високотемпературної та інтенсивної реакції, метал плавиться й випаровується. При високих температурах метал надзвичайно активний, і при зустрічі з киснем відбувається інтенсивна реакція, що призводить до значного розбризкування та утворення шва з нерівною, шорсткою поверхнею. Тому захисний газ використовується для створення безкисневого середовища в невеликій зоні (неподалік від розплавленої ванни), щоб запобігти інтенсивним окисним реакціям, які спричиняють погану якість зварного шва та шорстку зовнішню поверхню.
Якщо захисний газ подається в надмірній кількості, він здуває розплавлену ванну; якщо його надто мало, він не зможе ефективно захищати розплавлену ванну від кисню. Його необхідно гнучко налаштовувати залежно від умов роботи на місці.
