Ласерското заварување е еден од важните аспекти на примената на технологијата за ласерска обработка, но исто така и најпривлечната и најперспективна технологија за заварување во 21 век. Во споредба со традиционалните методи на заварување, ласерското заварување има многу предности, повисок квалитет на заварување и побрза ефикасност. Во моментов, технологијата за ласерско заварување е широко користена во производството, прашкастата металургија, автомобилската индустрија, електронската индустрија, биомедицината и други области.
Според механизмот на формирање на базенот за заварување, ласерското заварување има два основни механизми на заварување: заварување со топлинска спроводливост и заварување со длабока пенетрација (мали дупки). Топлината генерирана од заварувањето со топлинска спроводливост се дифундира на работното парче преку пренос на топлина, така што површината на заварот се топи, во основа нема феномен на испарување, што често се користи при заварување на компоненти со тенки ѕидови со мала брзина. Длабокото фузирано заварување го испарува материјалот и формира голема количина плазма. Поради големата топлина, ќе има дупки на предниот крај на стопениот базен. Длабокото пенетрациско заварување може темелно да го завари работното парче, а влезната енергија е голема, брзината на заварување е голема, што е најшироко користениот режим на ласерско заварување.
Постојат многу параметри на процесот што влијаат на квалитетот на ласерското заварување, како што се густината на моќност, обликот на ласерскиот пулс, дефокусирањето, брзината на заварување и помошниот гас за дување.
1. Густина на моќност на ласерот Густината на моќност е еден од најкритичните параметри во ласерската обработка. Со поголема густина на моќност, површинскиот слој може да се загрее до точка на вриење во временски опсег од микросекунди, генерирајќи голема количина на испарување. Затоа, високата густина на моќност е многу поволна за обработка на отстранување на материјал, како што се дупчење, сечење и гравирање. За ниска густина на моќност, потребни се неколку милисекунди за температурата на површината да ја достигне точката на вриење, а пред површинскиот слој да испари, долниот слој ја достигнува точката на топење, што е лесно да се формира добро фузно заварување. Затоа, при заварување со ласерска спроводливост на топлина, опсегот на густина на моќност е 104-106W/cm2.
2. Ласерски пулсен бран
Ласерскиот пулсен бран не е само важен параметар за разликување помеѓу отстранувањето на материјалот и топењето на материјалот, туку е и клучен параметар за одредување на обемот и цената на опремата за обработка. Кога ласерскиот зрак со висок интензитет допира до површината на материјалот, површината на материјалот ќе има 60 ~ 90% од ласерската енергија рефлектира и губи, особено златото, среброто, бакарот, алуминиумот, титаниумот и другите материјали имаат силна рефлексија, брз пренос на топлина. Рефлектанцата на металот варира со текот на времето за време на ласерскиот пулсен сигнал. Кога температурата на површината на материјалот е зголемена до точката на топење, рефлективноста брзо се намалува, а кога површината е во состојба на топење, рефлектанцата се стабилизира на одредена вредност.
3. Ширина на импулсот Ширината на импулсот е важен параметар на пулсното ласерско заварување. Ширината на импулсот се определува според длабочината на пенетрација и зоната погодена од топлина. Колку е поголема ширината на импулсот, толку е поголема зоната погодена од топлина, а длабочината на пенетрација се зголемува со 1/2 моќност на ширината на импулсот. Сепак, зголемувањето на ширината на импулсот ќе ја намали врвната моќност, па затоа зголемувањето на ширината на импулсот генерално се користи за заварување со топлинска спроводливост, што резултира со широка и плитка големина на заварот, особено погодно за заварување со преклоп на тенки и дебели плочи. Сепак, пониската врвна моќност резултира со вишок влез на топлина, а секој материјал има оптимална ширина на импулсот што ја максимизира пенетрацијата.
4, дефокусирањето со ласерско заварување обично бара одредена количина на дефокусирање, бидејќи густината на моќност на ласерот во центарот на точката е превисока, лесно испарува во дупки. Распределбата на густината на моќност е релативно униформна во секоја рамнина подалеку од ласерскиот фокус. Постојат два методи на дефокусирање: позитивно дефокусирање и негативно дефокусирање. Ако фокусната рамнина е поставена над работното парче, тоа е позитивно дефокусирање; во спротивно, тоа е негативно дефокусирање. Според теоријата на геометриска оптика, кога растојанието помеѓу позитивните и негативните рамнини на дефокусирање и рамнината на заварување е еднакво, густината на моќност на соодветната рамнина е приближно иста, но всушност добиениот облик на базенот за заварување е различен. Во случај на негативно дефокусирање, може да се добие поголема пенетрација, што е поврзано со процесот на формирање на стопен базен.
5, брзина на заварување Брзината на заварување го одредува квалитетот на површината за заварување, пенетрацијата, зоната погодена од топлина итн. Брзината на заварување ќе влијае на влезот на топлина по единица време. Ако брзината на заварување е премногу мала, влезот на топлина е преголем, што резултира со согорување на работното парче. Ако брзината на заварување е пребрза, влезот на топлина е премал, што резултира со непроѕирност на заварувањето на работното парче. Намалувањето на брзината на заварување обично се користи за подобрување на пенетрацијата.
6, помошен дувачки заштитен гас Помошниот дувачки заштитен гас е суштински процес при ласерско заварување со висока моќност. Од една страна, за да се спречи распрскување на металните материјали и загадување на фокусирачкото огледало; Од друга страна, за да се спречи премногу фокусирање на плазмата генерирана во процесот на заварување и да се спречи ласерот да стигне до површината на материјалот. Во процесот на ласерско заварување, хелиум, аргон, азот и други гасови често се користат за заштита на стопениот базен, така што работното парче е заштитено од оксидација во заварувањето. Фактори како што се видот на заштитен гас, големината на протокот на воздух и аголот на дување имаат големо влијание врз резултатот од заварувањето. Различните методи на дување, исто така, имаат одредено влијание врз квалитетот на заварувањето.
Хелиумот не се јонизира лесно (има висока јонизирачка енергија), што му овозможува на ласерот непречено да поминува, а енергијата на зракот непречено да стигне до површината на обработуваниот дел. Ова е најефикасниот заштитен гас што се користи при ласерско заварување, но цената е релативно скапа. Аргонот е поевтин и погуст, па затоа има подобра заштита. Сепак, лесно се јонизира со метална плазма на висока температура, со што се заштитува дел од зракот од обработуваниот дел, намалувајќи ја ефективната моќност на ласерот при заварување, но исто така ја оштетува брзината и пенетрацијата на заварувањето. Површините на заварите заштитени со аргон се помазни од оние заштитени со хелиум. Азотот е најевтин како заштитен гас, но не е погоден за некои видови заварување од не'рѓосувачки челик, главно поради металуршки проблеми, како што е апсорпцијата, која понекогаш создава пори во зоната на преклопување.
Како нова технологија за заварување, ласерското заварување има карактеристики на висока густина на енергија, голема брзина, висока прецизност, длабока пенетрација и силна прилагодливост. Неговата примена е сè поширока, што може не само да ја подобри ефикасноста на производството, туку и да го подобри квалитетот на заварувањето. Технологијата за ласерско заварување сигурно ќе игра сè поважна улога во областа на обработката на материјали.
Време на објавување: 28 март 2023 година
