Egwyddor weldio laser
Gellir cyflawni weldio laser trwy drawstiau laser di-dor neu pwls. Gellir rhannu'r egwyddor o weldio laser yn weldio dargludiad gwres a weldio treiddiad dwfn laser. Pan fo'r dwysedd pŵer yn llai na 104 ~ 105 W / cm2, weldio dargludiad gwres ydyw. Ar yr adeg hon, mae'r dyfnder treiddiad yn fas ac mae'r cyflymder weldio yn araf; pan fo'r dwysedd pŵer yn fwy na 105 ~ 107 W / cm2, mae'r wyneb metel yn cael ei suddo i mewn i "geudodau" trwy wresogi, gan ffurfio weldio treiddiad dwfn, sydd â nodweddion cyflymder weldio cyflym a chymhareb agwedd fawr.
Egwyddor weldio laser dargludiad gwres yw: mae ymbelydredd laser yn gwresogi'r wyneb i'w brosesu, ac mae'r gwres arwyneb yn tryledu i'r tu mewn trwy ddargludiad gwres. Trwy reoli lled pwls laser, ynni, pŵer brig ac amlder ailadrodd a pharamedrau laser eraill, caiff y darn gwaith ei doddi i ffurfio pwll tawdd penodol. .
Mae'r peiriant weldio laser a ddefnyddir ar gyfer weldio gêr a weldio plât tenau metelegol yn bennaf yn cynnwys weldio treiddiad dwfn laser. Mae'r canlynol yn canolbwyntio ar yr egwyddor o weldio treiddiad dwfn laser.
Yn gyffredinol, mae weldio treiddiad dwfn laser yn defnyddio trawstiau laser parhaus i gwblhau'r cysylltiad deunyddiau, ac mae ei broses ffisegol metelegol yn debyg iawn i weldio trawst electron, hynny yw, cwblheir y mecanwaith trosi ynni trwy'r strwythur "twll allweddol". O dan arbelydru laser dwysedd pŵer digon uchel, mae'r deunydd yn anweddu ac yn ffurfio mandyllau bach. Mae'r twll bach hwn sy'n llawn stêm fel corff du, yn amsugno bron holl egni'r trawst digwyddiad, ac mae'r tymheredd ecwilibriwm yn y ceudod yn cyrraedd tua 2500 0C. Mae'r gwres yn cael ei drosglwyddo o wal allanol y ceudod tymheredd uchel i doddi'r metel o amgylch y ceudod. Mae'r twll bach wedi'i lenwi â stêm tymheredd uchel a gynhyrchir gan anweddiad parhaus y deunydd wal o dan arbelydru'r trawst, mae waliau'r twll bach wedi'u hamgylchynu gan fetel tawdd, ac mae'r metel hylif wedi'i amgylchynu gan ddeunyddiau solet (tra mewn prosesau weldio mwyaf confensiynol a weldio dargludiad laser, yr ynni yn gyntaf Adneuwyd ar wyneb y workpiece, ac yna cludo i'r tu mewn drwy drosglwyddo). Mae'r llif hylif y tu allan i'r wal mandwll a thensiwn wyneb yr haen wal yn cynnal cydbwysedd deinamig gyda'r pwysau anwedd a gynhyrchir yn barhaus yn y ceudod mandwll. Mae'r trawst yn mynd i mewn i'r twll bach yn barhaus, ac mae'r deunydd y tu allan i'r twll bach yn llifo'n barhaus. Wrth i'r trawst symud, mae'r twll bach bob amser mewn cyflwr llif sefydlog. Hynny yw, mae'r twll bach a'r metel tawdd o amgylch wal y twll yn symud ymlaen â chyflymder ymlaen y trawst arweiniol, ac mae'r metel tawdd yn llenwi'r bwlch a adawyd gan y twll bach ac yna'n cyddwyso, fel bod y weld yn cael ei ffurfio. Mae hyn i gyd o'r broses uchod yn digwydd mor gyflym fel y gall cyflymder weldio gyrraedd sawl metr y funud yn hawdd.
02
Prif baramedrau proses weldio treiddiad dwfn laser
1) Pŵer laser. Mae gwerth trothwy dwysedd ynni laser mewn weldio laser. O dan y gwerth hwn, mae'r dyfnder treiddiad yn fas iawn. Ar ôl cyrraedd neu ragori ar y gwerth hwn, bydd y dyfnder treiddiad yn cynyddu'n fawr. Cynhyrchir plasma dim ond pan fydd y dwysedd pŵer laser ar y workpiece yn fwy na gwerth trothwy (yn dibynnu ar y deunydd), sy'n nodi cynnydd treiddiad dwfn sefydlog weldio. Os yw'r pŵer laser yn is na'r trothwy hwn, dim ond toddi arwyneb y darn gwaith sy'n digwydd, hy mae weldio yn digwydd gyda dargludiad gwres sefydlog. Pan fydd y dwysedd pŵer laser yn agos at y cyflwr critigol ar gyfer ffurfio tyllau bach, mae weldio treiddiad dwfn a weldio dargludiad yn cael eu perfformio bob yn ail, sy'n dod yn broses weldio ansefydlog, gan arwain at amrywiadau mawr mewn dyfnder treiddiad. Yn ystod weldio treiddiad dwfn laser, mae'r pŵer laser yn rheoli dyfnder treiddiad a chyflymder weldio ar yr un pryd. Mae treiddiad weldio yn uniongyrchol gysylltiedig â dwysedd pŵer trawst ac mae'n swyddogaeth pŵer trawst digwyddiad a chanolfan trawst. Yn gyffredinol, ar gyfer trawst laser o ddiamedr penodol, mae dyfnder y treiddiad yn cynyddu wrth i bŵer y trawst gynyddu.
2) Man ffocal trawst. Maint sbot trawst yw un o'r newidynnau pwysicaf mewn weldio laser oherwydd ei fod yn pennu dwysedd pŵer. Ond ar gyfer laserau pŵer uchel, mae ei fesur yn broblem anodd, er bod yna lawer o dechnegau mesur anuniongyrchol.
Gellir cyfrifo maint smotyn cyfyngedig diffreithiant ffocws y trawst yn ôl y ddamcaniaeth diffreithiant golau, ond oherwydd bodolaeth aberration lens ffocws, mae maint y sbot gwirioneddol yn fwy na'r gwerth a gyfrifwyd. Y dull ymarferol symlaf yw'r dull proffilio isothermol, sy'n mesur y man ffocal a'r diamedr trydylliad ar ôl llosgi a threiddio plât polypropylen gyda phapur trwchus. Mae angen i'r dull hwn feistroli pŵer laser ac amser gweithredu trawst trwy ymarfer mesur.
3) Gwerth amsugno deunydd. Mae amsugno golau laser gan ddeunyddiau yn dibynnu ar rai priodweddau pwysig deunyddiau, megis amsugnedd, adlewyrchedd, dargludedd thermol, tymheredd toddi, tymheredd anweddu, ac ati, a'r pwysicaf ohonynt yw amsugnedd.
Mae'r ffactorau sy'n effeithio ar gyfradd amsugno'r deunydd i'r pelydr laser yn cynnwys dwy agwedd: y cyntaf yw gwrthedd y deunydd. Ar ôl mesur cyfradd amsugno arwyneb caboledig y deunydd, canfyddir bod cyfradd amsugno'r deunydd yn gymesur â gwreiddyn sgwâr y gwrthedd, ac mae'r gwrthedd yn amrywio gyda thymheredd. Yn ail, mae cyflwr wyneb (neu esmwythder) y deunydd yn cael dylanwad pwysicach ar y gyfradd amsugno trawst, sy'n cael effaith sylweddol ar yr effaith weldio.
Mae tonfedd allbwn laser CO2 fel arfer yn 10.6 μm. Mae cyfradd amsugno cerameg, gwydr, rwber, plastigau ac anfetelau eraill yn uchel iawn ar dymheredd yr ystafell, tra bod cyfradd amsugno deunyddiau metel yn wael iawn ar dymheredd yr ystafell, nes bod y deunydd wedi'i doddi neu hyd yn oed nwy Mae ei amsugno'n cynyddu'n ddramatig. Mae'n effeithiol iawn gwella amsugno'r deunydd o drawstiau golau trwy ddefnyddio cotio wyneb neu ffurfio ffilm ocsid arwyneb.
4) Cyflymder Weldio. Mae gan y cyflymder weldio ddylanwad mawr ar y dyfnder treiddiad. Bydd cynyddu'r cyflymder yn gwneud y treiddiad yn fas, ond os yw'r cyflymder yn rhy isel, bydd y deunydd yn cael ei or-doddi a bydd y darn gwaith yn cael ei weldio drwodd. Felly, mae ystod cyflymder weldio addas ar gyfer deunydd penodol gyda phŵer laser penodol a thrwch penodol, a gellir cael y dyfnder treiddiad uchaf ar y gwerth cyflymder cyfatebol. Mae Ffigur 10-2 yn dangos y berthynas rhwng cyflymder weldio a dyfnder treiddiad 1018 dur.
5) Nwy amddiffynnol. Defnyddir nwy anadweithiol yn aml i amddiffyn y pwll tawdd yn y broses weldio laser. Pan fydd rhai deunyddiau'n cael eu weldio waeth beth fo'u ocsidiad arwyneb, efallai na fydd yr amddiffyniad yn cael ei ystyried, ond ar gyfer y rhan fwyaf o geisiadau, mae heliwm, argon, nitrogen a nwyon eraill yn aml yn cael eu defnyddio fel amddiffyniad i wneud y darn gwaith Wedi'i ddiogelu rhag ocsideiddio yn ystod sodro.
Nid yw heliwm yn cael ei ïoneiddio'n hawdd (ynni ionization uwch), sy'n caniatáu i'r laser basio trwodd yn esmwyth, ac mae'r egni trawst yn cyrraedd wyneb y darn gwaith heb rwystr. Dyma'r nwy cysgodi mwyaf effeithiol a ddefnyddir mewn weldio laser, ond mae'n ddrutach.
Mae nwy Argon yn rhatach ac yn ddwysach, felly mae'r effaith amddiffyn yn well. Fodd bynnag, mae'n agored i ïoneiddiad plasma metel tymheredd uchel, sy'n cysgodi rhan o'r trawst rhag taro'r darn gwaith, yn lleihau'r pŵer laser effeithiol ar gyfer weldio, a hefyd yn niweidio'r cyflymder weldio a threiddiad. Mae wyneb y weldment sy'n cael ei warchod gan argon yn llyfnach na hynny pan gaiff ei warchod gan heliwm.
Nitrogen yw'r nwy cysgodi rhataf, ond nid yw'n addas ar gyfer weldio rhai mathau o ddur di-staen, yn bennaf oherwydd problemau metelegol, megis amsugno, sydd weithiau'n cynhyrchu mandylledd yn yr ardal sy'n gorgyffwrdd.
Ail swyddogaeth defnyddio nwy cysgodi yw amddiffyn y lens ffocysu rhag halogiad anwedd metel a sbuttering defnynnau hylif. Yn enwedig mewn weldio laser pŵer uchel, oherwydd bod y alldafliad yn dod yn bwerus iawn, mae'n fwy angenrheidiol amddiffyn y lens ar hyn o bryd.
Trydedd swyddogaeth y nwy cysgodi yw ei fod yn effeithiol iawn wrth wasgaru'r darian plasma a gynhyrchir gan weldio laser pŵer uchel. Mae'r anwedd metel yn amsugno'r pelydr laser ac yn ïoneiddio i mewn i gwmwl plasma, ac mae'r nwy amddiffynnol o amgylch yr anwedd metel hefyd yn cael ei ïoneiddio oherwydd gwres. Os oes gormod o plasma yn bresennol, mae'r pelydr laser yn cael ei fwyta rhywfaint gan y plasma. Mae plasma yn bodoli ar yr wyneb gweithio fel ail egni, sy'n gwneud y treiddiad yn fas ac arwyneb y pwll weldio yn ehangu. Cynyddir cyfradd ailgyfuno electronau trwy gynyddu'r gwrthdrawiadau tri chorff o electronau ag ïonau ac atomau niwtral i leihau'r dwysedd electronau yn y plasma. Po ysgafnaf yw'r atomau niwtral, yr uchaf yw'r amlder gwrthdrawiad a'r uchaf yw'r gyfradd ailgyfuno; ar y llaw arall, dim ond y nwy amddiffynnol ag ynni ionization uchel na fydd yn cynyddu'r dwysedd electron oherwydd ionization y nwy ei hun.
Mae maint y cwmwl plasma yn amrywio gyda'r nwy cysgodi a ddefnyddir, gyda heliwm y lleiaf, nitrogen yw'r ail, ac argon yw'r mwyaf. Po fwyaf yw maint y plasma, y basaf yw'r treiddiad. Mae'r rheswm am y gwahaniaeth hwn yn gyntaf oherwydd y graddau gwahanol o ionization o foleciwlau nwy, a hefyd oherwydd y gwahaniaeth yn y trylediad anwedd metel a achosir gan ddwysedd gwahanol y nwy cysgodi.
Heliwm yw'r nwy lleiaf ïoneiddiedig a lleiaf trwchus, ac mae'n gyflym yn gyrru i ffwrdd anweddau metel cynyddol a gynhyrchir o'r bath metel tawdd. Felly, gall defnyddio heliwm fel nwy cysgodi atal y plasma i'r graddau mwyaf, a thrwy hynny gynyddu'r dyfnder treiddiad a chynyddu'r cyflymder weldio; oherwydd ei bwysau ysgafn, gall ddianc ac nid yw'n hawdd achosi mandyllau. Wrth gwrs, o'n heffaith weldio wirioneddol, nid yw effaith amddiffyn argon yn ddrwg.
Mae effaith cwmwl plasma ar dreiddiad yn fwyaf amlwg yn yr ardal cyflymder weldio isel. Mae ei effaith yn lleihau wrth i'r cyflymder weldio gynyddu.
Mae'r nwy cysgodi yn cael ei chwistrellu ar bwysau penodol trwy'r ffroenell i gyrraedd wyneb y darn gwaith. Mae siâp hydrodynamig y ffroenell a diamedr yr allfa yn bwysig iawn. Rhaid iddo fod yn ddigon mawr i yrru'r nwy cysgodi wedi'i chwistrellu i orchuddio'r wyneb weldio, ond er mwyn amddiffyn y lens yn effeithiol ac atal anwedd metel rhag halogi neu dasgu metel rhag niweidio'r lens, dylid cyfyngu ar faint y ffroenell hefyd. Dylid rheoli'r gyfradd llif hefyd, fel arall bydd llif laminaidd y nwy cysgodi yn dod yn gythryblus, a bydd yr awyrgylch yn rhan o'r pwll tawdd, gan ffurfio mandyllau yn y pen draw.
Er mwyn gwella'r effaith amddiffynnol, gellir defnyddio dull chwythu ochr ychwanegol hefyd, hynny yw, trwy ffroenell â diamedr llai, mae'r nwy amddiffynnol yn cael ei chwistrellu'n uniongyrchol i dwll bach y weldio treiddiad dwfn ar ongl benodol. Mae'r nwy cysgodi nid yn unig yn atal y cwmwl plasma ar wyneb y darn gwaith, ond hefyd yn dylanwadu ar ffurfio'r plasma a'r tyllau bach yn y twll, yn cynyddu'r dyfnder treiddiad ymhellach, ac yn cael weldiad gyda chymhareb dyfnder-lled delfrydol. . Fodd bynnag, mae'r dull hwn yn gofyn am reolaeth fanwl gywir ar faint a chyfeiriad y llif aer, fel arall mae llif cythryblus yn debygol o ddigwydd a dinistrio'r pwll tawdd, gan wneud y broses weldio yn anodd ei sefydlogi.
6) Hyd ffocal lens. Defnyddir dull canolbwyntio fel arfer i gyddwyso'r laser yn ystod weldio, ac yn gyffredinol defnyddir lens â hyd ffocal o 63 ~ 254mm (2.5 "~ 10"). Mae maint y man ffocws yn gymesur â'r hyd ffocal, y byrraf yw'r hyd ffocws, y lleiaf yw'r smotyn. Ond mae'r hyd ffocws hefyd yn effeithio ar y dyfnder ffocws, hynny yw, mae'r dyfnder ffocal yn cynyddu'n gydamserol â'r hyd ffocws, felly gall hyd ffocws byr gynyddu'r dwysedd pŵer, ond oherwydd y dyfnder ffocal bach, y pellter rhwng y lens a'r darn gwaith. rhaid ei gynnal yn fanwl gywir, ac nid yw dyfnder y treiddiad yn fawr. Oherwydd dylanwad y modd spatter a laser a gynhyrchir yn y broses weldio, y dyfnder ffocal byrraf a ddefnyddir mewn weldio gwirioneddol yn bennaf yw'r hyd ffocal o 126mm (5"). Pan fo'r cymal yn fawr neu mae angen cynyddu'r wythïen weldio trwy gynyddu maint y fan a'r lle, gallwch Dewiswch lens gyda hyd ffocal o 254mm (10"). Yn yr achos hwn, er mwyn cyflawni'r effaith twll pin treiddiad dwfn, mae angen pŵer allbwn laser uwch (dwysedd pŵer).
Pan fydd y pŵer laser yn fwy na 2kW, yn enwedig ar gyfer y trawst laser 10.6μm CO2, oherwydd y defnydd o ddeunyddiau optegol arbennig i ffurfio'r system optegol, er mwyn osgoi'r risg o niwed optegol i'r lens ffocws, mae'r dull canolbwyntio adlewyrchol yn aml yn a ddefnyddir, ac yn gyffredinol defnyddir drych copr caboledig fel yr adlewyrchydd. Argymhellir yn aml ar gyfer canolbwyntio trawstiau laser pŵer uchel oherwydd oeri effeithiol.
7) sefyllfa ffocws. Wrth weldio, mae'r safle ffocws yn hanfodol er mwyn cynnal dwysedd pŵer digonol. Mae newidiadau yn safle cymharol y canolbwynt ac arwyneb y gweithle yn effeithio'n uniongyrchol ar led a dyfnder y weldiad. Mae Ffigur 2-6 yn dangos effaith lleoliad ffocws ar ddyfnder treiddiad a lled wythïen 1018 dur.
Yn y rhan fwyaf o gymwysiadau weldio laser, mae'r canolbwynt fel arfer wedi'i leoli tua 1/4 o'r dyfnder treiddiad a ddymunir o dan wyneb y darn gwaith.
8) sefyllfa trawst laser. Wrth weldio laser deunyddiau annhebyg, mae sefyllfa'r trawst laser yn rheoli ansawdd terfynol y weldiad, yn enwedig yn achos cymalau casgen na chymalau lap. Er enghraifft, pan fydd gêr dur caled yn cael ei weldio i ddrwm dur ysgafn, bydd rheolaeth briodol ar leoliad y trawst laser yn helpu i gynhyrchu weldiad gyda chydran carbon isel yn bennaf sy'n gymharol wrthsefyll cracio. Mewn rhai cymwysiadau, mae geometreg y darn gwaith sydd i'w weldio yn ei gwneud yn ofynnol i'r trawst laser gael ei gwyro gan ongl. Pan fydd yr ongl gwyro rhwng yr echelin trawst a'r awyren ar y cyd o fewn 100 gradd, ni fydd effaith amsugno ynni laser gan y workpiece.
9) Rheolaeth codiad a chwymp graddol o'r pŵer laser ar ddechrau a diwedd y weldio. Yn ystod weldio treiddiad dwfn laser, mae tyllau bach bob amser yn bodoli waeth beth fo dyfnder y weldiad. Pan ddaw'r broses weldio i ben a bod y switsh pŵer wedi'i ddiffodd, bydd pwll yn ymddangos ar ddiwedd y weldiad. Yn ogystal, pan fydd yr haen weldio laser yn gorchuddio'r wythïen weldio wreiddiol, bydd y trawst laser yn cael ei amsugno'n ormodol, gan arwain at orboethi'r weldiad neu gynhyrchu mandyllau.
Er mwyn atal y ffenomen uchod rhag digwydd, gellir rhaglennu'r pwyntiau cychwyn a stopio pŵer i wneud yr amser cychwyn a gorffen pŵer yn addasadwy, hynny yw, mae'r pŵer cychwynnol yn cael ei gynyddu'n electronig o sero i'r gwerth pŵer penodol mewn amser byr, a gellir addasu'r weldio. Amser, ac yn olaf mae'r pŵer yn cael ei leihau'n raddol o'r pŵer gosod i sero pan derfynir y weldio.
03
Nodweddion a manteision ac anfanteision weldio treiddiad dwfn laser
Nodweddion weldio treiddiad dwfn laser
1) Cymhareb agwedd uchel. Wrth i'r metel tawdd ffurfio o amgylch ceudod silindrog stêm poeth ac ymestyn tuag at y darn gwaith, mae'r weldiad yn mynd yn ddwfn ac yn gul.
2) mewnbwn gwres lleiaf. Oherwydd bod y tymheredd yn y twll bach yn uchel iawn, mae'r broses doddi yn digwydd yn gyflym iawn, mae'r mewnbwn gwres i'r darn gwaith yn isel iawn, ac mae'r dadffurfiad thermol a'r parth yr effeithir arno gan wres yn fach.
3) Dwysedd uchel. Oherwydd bod y mandyllau bach wedi'u llenwi â stêm tymheredd uchel yn ffafriol i gynnwrf y pwll weldio a dianc nwy, gan arwain at weld treiddiad heb fandyllau. Gall y gyfradd oeri uchel ar ôl weldio wneud y strwythur weldio yn fwy manwl yn hawdd.
4) welds cryf. Oherwydd y ffynhonnell gwres tanbaid ac amsugno digon o gydrannau anfetelaidd, mae'r cynnwys amhuredd yn cael ei leihau, ac mae maint y cynhwysiadau a'u dosbarthiad yn y pwll tawdd yn cael eu newid. Nid oes angen electrodau na gwifrau llenwi ar gyfer y broses weldio, ac mae'r parth toddi yn llai llygredig, fel bod cryfder a chaledwch y weldiad o leiaf yn gyfartal neu hyd yn oed yn uwch na chryfder a chaledwch y metel rhiant.
5) rheolaeth fanwl gywir. Oherwydd bod y man golau â ffocws yn fach, gellir gosod y sêm weldio yn fanwl iawn. Nid oes gan yr allbwn laser unrhyw "syrthni", gellir ei atal a'i ailgychwyn ar gyflymder uchel, a gellir weldio'r darn gwaith cymhleth gyda'r dechnoleg symudiad trawst rheoli rhifiadol.
6) Proses weldio atmosfferig di-gyswllt. Oherwydd bod yr egni'n dod o'r trawst ffoton, nid oes unrhyw gysylltiad corfforol â'r darn gwaith, felly nid oes unrhyw rym allanol yn cael ei gymhwyso i'r darn gwaith. Yn ogystal, nid yw magnetedd ac aer yn cael unrhyw effaith ar olau laser.
Manteision weldio treiddiad dwfn laser
1) Gan fod gan y laser â ffocws ddwysedd pŵer llawer uwch na dulliau confensiynol, mae'r cyflymder weldio yn gyflym, mae'r parth yr effeithir arno gan wres a'r dadffurfiad yn fach, a gellir weldio deunyddiau anodd eu weldio fel titaniwm hefyd.
2) Oherwydd bod y trawst yn hawdd i'w drosglwyddo a'i reoli, ac nid oes angen ailosod y dortsh a'r ffroenell yn aml, ac nid oes angen gwactod ar gyfer weldio trawst electron, sy'n lleihau'n sylweddol yr amser ategol o amser segur, felly mae'r ffactor llwyth a effeithlonrwydd cynhyrchu yn uchel.
3) Oherwydd yr effaith puro a'r gyfradd oeri uchel, mae cryfder weldio, caledwch a pherfformiad cynhwysfawr yn uchel.
4) Oherwydd y mewnbwn gwres cyfartalog isel a manwl gywirdeb prosesu uchel, gellir lleihau costau ailbrosesu; yn ogystal, mae cost gweithredu weldio laser hefyd yn isel, a all leihau costau prosesu workpiece.
5) Gall reoli dwyster y trawst a'r lleoliad mân yn effeithiol, ac mae'n hawdd gwireddu gweithrediad awtomatig.
Anfanteision weldio treiddiad dwfn laser
1) Mae dyfnder weldio yn gyfyngedig.
2) Mae gofynion cydosod y darn gwaith yn uchel.
3) Mae buddsoddiad un-amser y system laser yn gymharol uchel
