Lasersvejsning er et af de vigtige aspekter ved anvendelsen af laserbehandlingsteknologi, men også den mest iøjnefaldende og lovende svejseteknologi i det 21. århundrede. Sammenlignet med traditionelle svejsemetoder har lasersvejsning mange fordele, højere svejsekvalitet og hurtigere effektivitet. I øjeblikket er lasersvejseteknologi blevet meget anvendt inden for fremstilling, pulvermetallurgi, bilindustrien, elektronikindustrien, biomedicin og andre områder.
Ifølge dannelsesmekanismen for svejsebadet har lasersvejsning to grundlæggende svejsemekanismer: varmeledningssvejsning og dyb penetrationssvejsning (små huller). Varmen, der genereres ved varmeledningssvejsning, diffunderes til emnet gennem varmeoverførsel, så svejseoverfladen smelter, og der opstår stort set intet fordampningsfænomen, hvilket ofte bruges til svejsning af lavhastigheds tyndvæggede komponenter. Dyb smeltesvejsning fordamper materialet og danner en stor mængde plasma. På grund af den store varme vil der være huller i den forreste ende af smeltebadet. Dyb penetrationssvejsning kan svejse emnet grundigt, og den indgående energi er stor, svejsehastigheden er hurtig, hvilket er den mest anvendte lasersvejsemetode.
Der er mange procesparametre, der påvirker lasersvejsningskvaliteten, såsom effekttæthed, laserpulsbølgeform, defokusering, svejsehastighed og hjælpeblæsegas.
1. Lasereffekttæthed Effekttæthed er en af de mest kritiske parametre i laserbehandling. Med en højere effekttæthed kan overfladelaget opvarmes til kogepunktet inden for et tidsinterval på mikrosekunder, hvilket genererer en stor mængde fordampning. Derfor er den høje effekttæthed meget fordelagtig til materialefjernelsesprocesser, såsom stansning, skæring og gravering. Ved lav effekttæthed tager det flere millisekunder for overfladetemperaturen at nå kogepunktet, og før overfladelaget fordamper, når bundlaget smeltepunktet, hvilket er let at danne en god smeltesvejsning. Derfor er effekttæthedsområdet 104-106W/cm2 ved varmeledningslasersvejsning.
2. Laserpulsbølgeform
Laserpulsbølgeformen er ikke kun en vigtig parameter til at skelne mellem materialefjernelse og materialesmeltning, men også en nøgleparameter til at bestemme volumen og omkostningerne ved forarbejdningsudstyr. Når en højintensiv laserstråle rammer materialets overflade, vil materialets overflade have 60 ~ 90% af laserenergien reflekteret og tabt. Især guld, sølv, kobber, aluminium, titanium og andre materialer reflekteres stærkt og har hurtig varmeoverførsel. Metalets reflektans varierer med tiden under et laserpulssignal. Når materialets overfladetemperatur hæves til smeltepunktet, falder reflektionsevnen hurtigt, og når overfladen er i smeltetilstand, stabiliserer reflektionen sig på en bestemt værdi.
3. Pulsbredde Pulsbredden er en vigtig parameter ved pulseret lasersvejsning. Pulsbredden bestemmes af indtrængningsdybden og den varmepåvirkede zone. Jo længere pulsbredden er, desto større er den varmepåvirkede zone, og indtrængningsdybden øges med halvdelen af pulsbredden. Imidlertid vil en stigning i pulsbredden reducere spidseffekten, så en stigning i pulsbredden bruges generelt til varmeledningssvejsning, hvilket resulterer i en bred og lav svejsestørrelse, der er især egnet til overlapsvejsning af tynde og tykke plader. Imidlertid resulterer lavere spidseffekt i overskydende varmetilførsel, og hvert materiale har en optimal pulsbredde, der maksimerer indtrængningen.
4. Defokuseret lasersvejsning kræver normalt en vis mængde defokus, fordi laserfokus i midten af punkteffekttætheden er for høj, hvilket let fordamper ind i hullerne. Effekttæthedens fordeling er relativt ensartet i hvert plan væk fra laserfokus. Der er to defokuseringsmetoder: positiv defokusering og negativ defokusering. Hvis fokusplanet er placeret over emnet, er det positiv defokusering; ellers er det negativ defokusering. Ifølge den geometriske optiske teori er effekttætheden på det tilsvarende plan omtrent den samme, når afstanden mellem de positive og negative defokuseringsplaner og svejseplanet er ens, men den faktisk opnåede smeltebadsform er anderledes. I tilfælde af negativ defokusering kan der opnås større penetration, hvilket er relateret til dannelsesprocessen af smeltebadet.
5, svejsehastighed Svejsehastigheden bestemmer svejseoverfladens kvalitet, indtrængning, varmepåvirket zone osv. Svejsehastigheden vil påvirke varmetilførslen pr. tidsenhed. Hvis svejsehastigheden er for langsom, er varmetilførslen for stor, hvilket resulterer i, at emnet brænder igennem. Hvis svejsehastigheden er for høj, er varmetilførslen for lille, hvilket resulterer i, at emnet svejses uigennemsigtigt. At reducere svejsehastigheden bruges normalt til at forbedre indtrængningen.
6, Hjælpeblæsningsbeskyttelsesgas Hjælpeblæsningsbeskyttelsesgas er en essentiel proces i højeffektlasersvejsning. På den ene side er det for at forhindre metalmaterialer i at sprutte og forurene fokuseringsspejlet; på den anden side er det for at forhindre plasmaet, der genereres i svejseprocessen, i at fokusere for meget og forhindre laseren i at nå materialets overflade. I lasersvejsningsprocessen anvendes helium, argon, nitrogen og andre gasser ofte til at beskytte smeltebadet, så emnet beskyttes mod oxidation i svejseteknikken. Faktorer som typen af beskyttelsesgas, luftstrømmens størrelse og blæsevinkel har stor indflydelse på svejseresultatet. Forskellige blæsemetoder har også en vis indflydelse på svejsekvaliteten.
Helium ioniserer ikke let (det har en høj ioniserende energi), hvilket tillader laseren at passere jævnt og stråleenergien at nå emnets overflade uhindret. Dette er den mest effektive beskyttelsesgas, der anvendes i lasersvejsning, men prisen er relativt høj. Argon er billigere og tættere, så den har bedre beskyttelse. Den ioniseres dog let af højtemperaturmetalplasma, hvilket beskytter en del af strålen fra emnet, hvilket reducerer den effektive lasereffekt ved svejsning, men også skader svejsehastigheden og indtrængningen. Overfladerne på svejsninger beskyttet af argon er glattere end dem, der er beskyttet af helium. Nitrogen er den billigste som beskyttelsesgas, men den er ikke egnet til visse typer svejsning af rustfrit stål, primært på grund af metallurgiske problemer, såsom absorption, som nogle gange skaber porer i overlapningszonen.
Som en ny svejseteknologi har lasersvejsning karakteristika som høj energitæthed, høj hastighed, høj præcision, dyb penetration og stærk tilpasningsevne. Dens anvendelse er mere og mere omfattende, hvilket ikke kun kan forbedre produktionseffektiviteten, men også forbedre svejsekvaliteten. Lasersvejseteknologi vil helt sikkert spille en vigtigere rolle inden for materialeforarbejdning.
Opslagstidspunkt: 28. marts 2023
