1.Pdurulamalaser kaynağı
Lazer kaynağı sürekli veya darbeli lazer ışınları ile elde edilebilir. Lazer kaynak prensibi termal iletim kaynağı ve lazer derin penetrasyon kaynağı olarak ayrılabilir. Güç yoğunluğu 104 ~ 105W / cm2'den az olduğunda, ısı iletim kaynağıdır. Şu anda, kaynak derinliği sığdır ve kaynak hızı yavaştır. Güç yoğunluğu 105 ~ 107W / cm2'den fazla olduğunda, metal yüzey ısı etkisi altında bir "boşluğa" gömülür ve derin bir füzyon kaynağı oluşturur. Hızlı, geniş en boy oranı.
Termal iletim lazer kaynağının prensibi şudur: lazer radyasyonu işlenecek yüzeyi ısıtır ve yüzey ısısı termal iletim ile içe yayılır. Lazer darbe genişliği, enerji, tepe gücü ve tekrarlama frekansı gibi lazer parametrelerini kontrol ederek, iş parçası eritilerek belirli bir erimiş havuz oluşturulur.
Lazer kaynak makineleridişli kaynağı ve metalürjik levha kaynağı için esas olarak lazer derin penetrasyon kaynağı içerir. Aşağıdaki lazer derin penetrasyon kaynağı prensibine odaklanır.
Lazer derin penetrasyon kaynağı genellikle malzemelerin bağlantısını tamamlamak için sürekli bir lazer ışını kullanır. Metalürjik fiziksel işlem elektron ışını kaynağına çok benzer, yani enerji dönüştürme mekanizması "anahtar deliği" bir yapı ile tamamlanır. Yeterince yüksek güç yoğunluğu lazer ışınlama altında, malzeme buharlaşır ve küçük delikler oluşturur. Buharla dolu bu delik, olay ışınının neredeyse tüm enerjisini emen siyah bir gövde gibidir. Boşluktaki denge sıcaklığı yaklaşık 2500 ° C'ye ulaşır. Küçük delik, kirişin altındaki duvar malzemesinin sürekli buharlaşmasıyla oluşan yüksek sıcaklık buharı ile doldurulur. Küçük deliğin dört duvarı erimiş metali, sıvı metal ise katı malzemeyi çevreler. (Çoğu geleneksel kaynak işleminde ve lazer iletim kaynağında, enerji önce (İş parçasının yüzeyine birikir ve daha sonra transfer yoluyla iç mekana aktarılır). Gözenek duvarının dışındaki sıvı akışı ve duvar yüzeyi gerilimi, gözenek boşluğunda sürekli olarak oluşturulan buhar basıncı ile tutarlıdır ve dinamik dengeyi korur. Işık huzmesi sürekli olarak küçük deliğe girer ve küçük deliğin dışındaki malzeme sürekli olarak akar. Işık huzmesi hareket ettikçe, küçük delik her zaman sabit bir akış durumundadır. Yani, delik duvarını çevreleyen küçük delik ve erimiş metal, önde gelen kirişin ileri hızıyla ilerler. Erimiş metal, küçük delik çıkarıldıktan sonra kalan boşluğu doldurur ve onunla yoğunlaşır ve bir kaynak oluşur. Tüm bunlar o kadar hızlı olur ki, kaynak hızı dakikada birkaç metreye kolayca ulaşabilir.
2.Lazer derin penetrasyon kaynağının ana proses parametreleri
(1)Lazer gücü. Lazer kaynağında lazer enerji yoğunluğu eşiği vardır. Bu değerin altında penetrasyon derinliği çok sığdır. Bu değere ulaştığında veya aştıktan sonra, penetrasyon derinliği büyük ölçüde artırılacaktır. Plazma, yalnızca iş parçasındaki lazer güç yoğunluğu, kararlı derin penetrasyon kaynağına işaret eden bir eşiği (malzemeye bağlı) aştığında oluşturulur. Lazer gücü bu eşikten daha düşükse, sadece iş parçasının yüzey erimesi meydana gelir, yani kaynak kararlı bir ısı iletim tipinde gerçekleştirilir. Bununla birlikte, lazer güç yoğunluğu küçük deliklerin oluşumu için kritik duruma yaklaştığında, derin penetrasyon kaynağı ve iletken kaynak dönüşümlü olarak gerçekleştirilir, bu da dengesiz bir kaynak işlemi haline gelir ve penetrasyon derinliğinde büyük dalgalanmalara neden olur. Lazer derin kaynakta, lazer gücü hem penetrasyon derinliğini hem de kaynak hızını kontrol eder. Kaynağın penetrasyon derinliği doğrudan ışın güç yoğunluğu ile ilgilidir ve olay ışını gücünün ve ışın odak noktasının bir işlevidir. Genel olarak konuşursak, belirli bir çaplı lazer ışını için, ışın gücü arttıkça penetrasyon derinliği artar.
(2)Işın odak noktası. Işın nokta boyutu, güç yoğunluğunu belirlediği için lazer kaynağı için en önemli değişkenlerden biridir. Ancak yüksek güçlü lazerler için ölçümü zor bir sorundur, ancak zaten birçok dolaylı ölçüm tekniği vardır.
Işın noktası kırınım sınırı spot boyutu ışık kırınımı teorisine göre hesaplanabilir, ancak odaklama lensinin sapması nedeniyle gerçek spot boyutu hesaplanan değerden daha büyüktür. En basit ölçüm yöntemi, bir polipropilen levhayı kalın kağıtla yakıp deldikten sonra odak noktasını ve perforasyon çapını ölçen izotermal profillemedir. Bu yöntem, ölçüm uygulaması ile lazer gücünü ve ışının zamanını ölçmektir.
(3)Malzeme emilim değeri. Bir lazerin bir malzeme tarafından emilimi, absorptivite, yansıtıcılık, termal iletkenlik, erime sıcaklığı, buharlaşma sıcaklığı vb. Bunlardan en önemlisi emilimdir.
Bir lazer ışınının emilim oranını malzemeye göre etkileyen faktörler iki yönü içerir: birincisi, malzemenin direnci. Malzemenin cilalı yüzeyinin emiciliğini ölçtükten sonra, malzemenin emiciliğinin direncin kareköku ile orantılı olduğu ve direncin sıcaklığa ve değişikliklere göre değiştiği bulunmuştur; ikinci olarak, malzemenin yüzey durumu (veya pürüzsüzlüğü) ışın emilim oranı üzerinde daha önemli bir etkiye sahiptir ve bu da kaynak etkisi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Bir CO2 lazerin çıkış dalga boyu genellikle 10,6 μm'dir. Seramik, cam, kauçuk ve plastik gibi metal olmayanlar oda sıcaklığında yüksek emilim oranına sahiptir ve metal malzemeler, malzeme eriyene ve hatta gaz Emilimi keskin bir şekilde artana kadar oda sıcaklığında zayıf bir emilime sahiptir.
Yüzey kaplama yöntemi veya yüzeyde bir oksit filmi oluşumu ile ışık huzmesinin emilimini iyileştirmek çok etkilidir.
(4)Kaynak hızı. Kaynak hızı penetrasyon derinliği üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Hızın artırılması penetrasyon derinliğini daha sığ hale getirecektir, ancak çok düşük hız malzemenin aşırı erimesine ve iş parçasının kaynaklanmasına neden olacaktır. Bu nedenle, belirli bir lazer gücüne ve belirli bir kalınlığa sahip belirli bir malzeme için uygun bir kaynak hız aralığı vardır ve maksimum penetrasyon derinliği ilgili hız değerinde elde edilebilir.
(5)Koruyucu gaz. Lazer kaynak işlemi genellikle erimiş havuzu korumak için inert gaz kullanır. Bazı malzemeler kaynaklandığında, yüzey oksidasyonu göz ardı edilebilir, ancak koruma dikkate alınmaz, ancak çoğu uygulama için helyum, argon, azot ve diğer gazlar genellikle iş parçasını korumak için kullanılır. Kaynak sırasında oksidasyondan korunur.
Helyum, lazerin sorunsuz bir şekilde geçmesini sağlayan kolay iyonize değildir (daha yüksek iyonlaşma enerjisi) ve ışın enerjisi iş parçasının yüzeyine engelsiz olarak ulaşır. Bu, lazer kaynağında kullanılan en etkili koruyucu gazdır, ancak daha pahalıdır.
Argon daha ucuzdur ve daha yüksek yoğunluğa sahiptir, bu nedenle koruyucu etki daha iyidir. Bununla birlikte, yüksek sıcaklık metal plazma iyonizasyonuna karşı hassastır. Sonuç olarak, ışık huzmesinin bir kısmını iş parçasına yayılmaktan korur, kaynak için etkili lazer gücünü azaltır ve kaynak hızına ve penetrasyona zarar verir. Argon ile korunan kaynak yüzeyleri helyum ile korunanlardan daha pürüzsüzdir.
Azot bir kalkan gazı olarak en ucuz gazdır, ancak esas olarak emilim gibi metalürjik sorunlar nedeniyle belirli paslanmaz çelik türlerini kaynaklamak için uygun değildir ve bazen örtüşme alanında gözenekler oluşturulur.
Koruyucu gaz kullanmanın ikinci rolü, odaklama lensini metal buhar kirlenmesinden ve sıvı damlacıkların savrulmalarından korumaktır. Özellikle yüksek güçlü lazer kaynağı sırasında, fırlatma çok güçlü hale geldikçe, lensi şu anda korumak daha gereklidir.
Koruyucu gazın üçüncü işlevi, yüksek güçlü lazer kaynağı tarafından üretilen plazma kalkanını etkili bir şekilde dağıtmaktır. Metal buhar lazer ışınını emer ve plazma bulutuna dönüşür. Metal buharı çevreleyen koruyucu gaz da ısıtılarak iyonize edilir. Çok fazla plazma varsa, lazer ışını plazma tarafından bir dereceye kadar tüketilir. Plazma, ikinci enerji olarak çalışma yüzeyinde bulunur, bu da penetrasyonu daha sığ ve kaynak havuzunun yüzeyini daha geniş hale getirir. Plazmadaki elektron yoğunluğunu azaltmak için elektronların iyonlar ve nötr atomlarla çarpışması artırılarak elektron rekombinasyon oranı artar. Nötr atom ne kadar hafif olursa çarpışma frekansı o kadar yüksek ve rekombinasyon oranı o kadar yüksektir; öte yandan, sadece yüksek iyonlaşma enerjisine sahip koruyucu gaz, gazın kendisinin iyonlaşması nedeniyle elektron yoğunluğunu artırmayacaktır.
Helyum en düşük iyonlaşmaya ve en düşük yoğunluğa sahiptir ve erimiş metal havuzundan üretilen yükselen metal buharı hızlı bir şekilde temizleyebilir. Bu nedenle, helyumu koruyucu gaz olarak kullanmak plazmayı maksimum ölçüde bastırabilir, böylece penetrasyon derinliğini ve kaynak hızını arttırabilir; hafifliği nedeniyle kaçabilir ve gözeneklere neden olması kolay değildir. Tabii ki, gerçek kaynağımızın etkisinden, argon ile korumanın etkisi kötü değildir.
Plazma bulutunun penetrasyon üzerindeki etkisi en çok düşük kaynak hızı bölgesinde açıktır. Kaynak hızı arttıkça, etkileri azalır.
Koruyucu gaz, belirli bir basınçla nozülden iş parçasının yüzeyine çıkarılır. Nozülun hidrodinamik şekli ve çıkış çapı çok önemlidir. Püskürtülen koruyucu gazı kaynak yüzeyini kaplayacak kadar büyük olmalıdır, ancak lensi etkili bir şekilde korumak ve metal buhar kirliliğinin veya metal sıçramasının lense zarar vermesini önlemek için nozül boyutu da sınırlandırılmalıdır. Akış hızı da kontrol edilmelidir, aksi takdirde koruyucu gazın laminer akışı çalkantılı hale gelir, atmosfer erimiş havuza çekilir ve sonunda gözenekler oluşur.
Koruma etkisini iyileştirmek için ek bir yan üfleme yöntemi de kullanılabilir, yani koruyucu bir gaz, belirli bir açıda küçük çaplı bir nozülden derin penetrasyon kaynağının küçük deliğine doğrudan enjekte edilir. Koruyucu gaz sadece iş parçasının yüzeyindeki plazma bulutunu bastırmakla kalmaz, aynı zamanda deliklerin içindeki plazma ve küçük deliklerin oluşumu üzerinde de bir etki uygular ve penetrasyon derinliği, derinlik-genişlik karşılaştırması ile ideal bir kaynak elde etmek için daha da artar. Bununla birlikte, bu yöntem gaz akışının büyüklüğünün ve yönünün hassas bir şekilde kontrol etmesini gerektirir, aksi takdirde türbülansın meydana gelmesi ve erimiş havuza zarar görmesi muhtemeldir, bu da kaynak işleminin stabilize olmasını zorlaştırır.
(6)Lens odak uzaklığı. Kaynak yaparken, odaklama genellikle lazeri yakınsamak için kullanılır. Genellikle, odak uzaklığı 63 ~ 254mm (2,5 "~ 10") olan bir lens kullanılır. Odak noktası boyutu odak uzaklığıyla doğru orantılıdır. Odak uzaklığı ne kadar kısa olursa, odak noktası da o kadar küçük olur. Bununla birlikte, odak uzaklığı odak derinliğini de etkiler, yani odak derinliği odak uzaklığı ile senkronize olarak artar, bu nedenle kısa bir odak uzaklığı güç yoğunluğunu artırabilir, ancak odak derinliği küçük olduğundan, lens ve iş parçası arasındaki mesafe doğru bir şekilde korunmalıdır ve penetrasyon derinliği büyük değildir. Kaynak sırasında oluşan sıçramaların ve lazer modlarının etkisi nedeniyle, gerçek kaynakta kullanılan en kısa odak derinliği çoğunlukla 126 mm (5 ") odak uzaklığıdır. Dikiş büyük olduğunda veya spot boyutunu artırarak kaynağı artırmak gerektiğinde, odak uzaklığı 254mm (10 ") olan bir lens seçin. Bu durumda, derin eriyik iğne deliği etkisini elde etmek için daha yüksek bir lazer çıkış gücü (güç yoğunluğu) gereklidir.
Lazer gücü 2kW'ı aştığında, özellikle 10,6μm'lik CO2 lazer ışını için, optik sistemi oluşturmak için özel optik malzemelerin kullanılması nedeniyle, odaklama lensine optik hasar riskini önlemek için, yansıma odaklama yöntemi sıklıkla kullanılır ve cilalı bakır aynalar genellikle ayna olarak kullanılır. Etkili soğutması nedeniyle, genellikle yüksek güçlü lazer ışını odaklama için önerilir.
(7)Odak pozisyonu. Kaynak sırasında yeterli güç yoğunluğunu korumak için odak pozisyonu kritik öneme sahiptir. Odağın ve iş parçası yüzeyinin göreli konumunun değişmesi, kaynağın genişliğini ve derinliğini doğrudan etkiler.
Çoğu lazer kaynak uygulamasında, odak noktasının konumu genellikle iş parçasının yüzeyinin altında gerekli penetrasyon derinliğinin yaklaşık 1/4'ü olarak ayarlanır.
(8)Lazer ışını pozisyonu. Lazer farklı malzemelere kaynak yaparken, lazer ışınının konumu, özellikle kucak eklemlerinden daha hassas olan popo eklemleri durumunda kaynağın son kalitesini kontrol eder. Örneğin, sertleştirilmiş çelik dişliler düşük karbonlu çelik varillere kaynaklandığında, lazer ışını konumunun doğru kontrolü, daha iyi çatlak direncine sahip, esas olarak düşük karbonlu bileşenlerden oluşan kaynakların üretimine faydalı olacaktır. Bazı uygulamalarda, kaynaklı iş parçasının geometrisi lazer ışınının bir açıyla saptırılmasını gerektirir. Işın ekseni ile eklem düzlemi arasındaki sapma açısı 100 derece içinde olduğunda, iş parçasının lazer enerjisini emmesi etkilenmez.
(9)Kaynağın başındaki ve sonundaki lazer gücü kademeli olarak kontrol edilir. Lazer derin kaynakta, kaynağın derinliğinden bağımsız olarak iğne delikleri her zaman bulunur. Kaynak işlemi sonlandırıldığında ve güç anahtarı kapatıldığında, kaynağın sonunda gamzeler görünecektir. Ek olarak, lazer kaynak tabakası orijinal kaynak dikişini kapladığında, lazer ışınının aşırı emilimi meydana gelebilir, bu da kaynağın aşırı ısınmasına veya gözeneklilik üretimine neden olabilir.
To yukarıda belirtilen fenomenin oluşmasını önlemek, gücün başlangıç ve bitiş noktaları için bir program yapılabilir, böylece gücün başlangıç ve bitiş süresi ayarlanabilir, yani başlangıç gücü elektronik yöntemlerle kısa sürede sıfırdan ayarlanan güç değerine yükseltilir ve kaynak Süresi ayarlanır ve son olarak, kaynak sonlandırıldığında güç ayarlanan güçten kademeli olarak sıfıra düşürülür.
3.Lazer derin füzyon kaynağı özellikleri, avantajları ve dezavantajları
(1)Lazer derin penetrasyon kaynağının özellikleri
①Yüksek en boy oranı. Erimiş metal silindirik yüksek sıcaklık buhar boşluğu etrafında oluştuğundan ve iş parçasına doğru uzandığı için kaynak dikişi derin ve dar hale gelir.
②Minimum ısı girişi. Küçük deliklerdeki sıcaklık çok yüksek olduğundan, erime işlemi çok hızlı gerçekleşir, iş parçasına ısı girişi çok düşüktür ve ısı bozulması ve ısıdan etkilenen bölge küçüktür.
③Yüksek yoğunluklu. Çünkü yüksek sıcaklık buharı ile dolu küçük delikler, kaynak havuzunu karıştırmaya ve gaz kaçağına elverişlidir, bu da gözeneksiz penetrasyon kaynakları oluşumuna neden edilir. Kaynaktan sonra yüksek soğutma oranı, kaynak yapısını küçültmeyi kolaylaştırır.
④Güçlü kaynaklar. Sıcak ısı kaynağı ve metalik olmayan bileşenlerin yeterli emilimi nedeniyle, safsızlıkların içeriği azalır, inklüzyonların boyutu ve erimiş havuzdaki dağılımı değiştirilir. Kaynak işlemi elektrot veya dolgu telleri gerektirmez ve erime bölgesi daha az kirlenir, bu da kaynak mukavemetini ve tokluğunu en az ana metale eşdeğer veya hatta daha büyük hale getirir.
⑤Hassas kontrol. Odak noktası küçük olduğundan, kaynak yüksek doğrulukla konumlandırılabilir. Lazer çıkışının "ataleti" yoktur ve yüksek hızlarda durdurulabilir ve yeniden başlatılabilir. CNC ışın taşıma teknolojisi karmaşık iş parçalarını kaynaklayabilir.
⑥Temassız atmosfer kaynak işlemi. Enerji foton kirişinden geldiği ve iş parçasıyla fiziksel temas olmadığı için iş parçasına harici kuvvet uygulanmaz. Ek olarak, hem manyetik hem de havanın lazer üzerinde hiçbir etkisi yoktur.
(2)Alazer derin kaynak dvantages
①Odaklanmış lazerler geleneksel yöntemlere göre çok daha yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptir, bu da daha hızlı kaynak hızları, daha az ısıdan etkilenen bölgeler ve deformasyon ve titanyum gibi kaynaklanması zor malzemelerin kaynaklanmasıyla sonuçlanır.
②Kirişin iletilmesi ve kontrolü kolay olduğundan, kaynak torcu ve nozülü sık sık değiştirmeye gerek yoktur ve elektron ışını kaynağı için vakum gerekmez, bu da kapatma için yardımcı süreyi önemli ölçüde azaltır, bu nedenle yük faktörü ve üretim verimliliği yüksektir.
③Saflaştırma etkisi ve yüksek soğutma oranı nedeniyle, kaynak yüksek mukavemete, tokluğa ve kapsamlı performansa sahiptir.
④Düşük ortalama ısı girişi ve yüksek işleme doğruluğu nedeniyle, yeniden işleme maliyetleri azaltılabilir; buna ek olarak, lazer kaynak işletme maliyetleri de daha düşüktür, bu da iş parçası işleme maliyetlerini azaltabilir.
⑤Işın yoğunluğunu ve ince konumlandırmayı etkili bir şekilde kontrol edebilir ve otomatik çalışma gerçekleştirmek kolaydır.
(3)Lazer derin kaynağın dezavantajları
①Welding derinliği bir şey mi var?Sınırlı.
②İş parçası montaj gereksinimleri yüksektir.
③Olazer sistemlerine ne zamanlı yatırım yüksek.