Wykres prędkości ręcznego spawania laserowego

Procesy spawania laserowego, głównie spawania blach, można podzielić na podstawie typu lasera na spawanie laserem światłowodowym ciągłym lub spawanie laserem impulsowym YAG. Laser zasady działania lasera Spawanie można podzielić na spawanie przewodzące i spawanie laserowe z głęboką penetracją.

Przy gęstości mocy niższej niż 104~105 W/cm²Jest to spawanie przewodzące, charakteryzujące się płytkim wtopieniem i niską prędkością spawania. Gdy gęstość mocy przekracza 105~107 W/cm²Powierzchnia metalu nagrzewa się i zanurza w "wgłębieniu", tworząc spawanie z głębokim wtopieniem, znane z dużej prędkości spawania i wysokiego stosunku głębokości do szerokości.

Zasada spawania laserowego typu przewodzącego polega na podgrzewaniu obrabianej powierzchni przez promieniowanie laserowe. Ciepło powierzchniowe rozprzestrzenia się do wewnątrz poprzez przewodnictwo cieplne. Kontrolując parametry lasera, takie jak szerokość impulsu, energia, moc szczytowa i częstotliwość powtarzania, obrabiany przedmiot topi się, tworząc określone jeziorko, dzięki czemu nadaje się do spawania cienkich płyt.

Spawarki laserowe stosowane do spawania kół zębatych i spawania cienkich blach metalurgicznych obejmują głównie spawanie laserowe z głębokim wtopieniem.

Tabela 1 Urządzenie przenośne Grubość spawania laserowego & Wykres prędkości

Zasada spawania laserowego z głęboką penetracją

Zasada spawania laserowego z głęboką penetracją polega na wykorzystaniu ciągłej wiązki lasera światłowodowego do łączenia materiałów. Ten metalurgiczny proces fizyczny jest bardzo podobny do spawania wiązką elektronów, w którym mechanizm konwersji energii jest realizowany poprzez strukturę "dziurki od klucza".

Pod wpływem wysokiej gęstości mocy lasera materiał odparowuje i tworzy dziurkę od klucza. Ta wypełniona parą dziurka działa jak ciało doskonale czarne, pochłaniając prawie całą energię padającej wiązki, a temperatura równowagi wewnątrz wnęki osiąga około 2500°C.

Ciepło jest przenoszone z wysokotemperaturowych ścianek wnęki, topiąc metal otaczający wnękę. Dziurka od klucza jest wypełniona parą o wysokiej temperaturze generowaną przez ciągłe odparowywanie materiału ścianki pod działaniem lasera, ze stopionym metalem otaczającym ścianki dziurki od klucza i stałym materiałem wokół stopionego metalu (w przeciwieństwie do większości konwencjonalnych procesów spawania i spawania laserowego, w których energia jest najpierw osadzana na powierzchni przedmiotu obrabianego, a następnie przenoszona do wewnątrz).

Przepływ cieczy na zewnątrz ścianek otworu i napięcie powierzchniowe warstwy przyściennej dynamicznie równoważą się z ciągłym ciśnieniem pary wewnątrz wnęki. Wiązka w sposób ciągły wchodzi do dziurki od klucza, materiał na zewnątrz dziurki przepływa w sposób ciągły, a gdy wiązka się porusza, dziurka od klucza pozostaje w stabilnym stanie przepływu.

Oznacza to, że dziurka od klucza i stopiony metal otaczający ścianki otworu poruszają się do przodu z prędkością wiązki prowadzącej, wypełniając pustą przestrzeń pozostawioną przez poruszającą się dziurkę od klucza stopionym metalem, który następnie krzepnie, tworząc spoinę. Cały ten proces odbywa się tak szybko, że prędkość spawania może z łatwością osiągnąć kilka metrów na minutę.

Czynniki wpływające na prędkość spawania spawarek laserowych

Znaczenie gęstości mocy
Gęstość mocy jest kluczowym czynnikiem decydującym o prędkości spawania w spawarkach laserowych. Wyższa gęstość mocy może prowadzić do szybszego spawania, ponieważ oznacza większą koncentrację energii w obszarze spawania, co ułatwia szybsze topienie i tworzenie jeziorka. Dlatego optymalizacja gęstości mocy jest skutecznym sposobem na zwiększenie prędkości spawania laserowego.

Wpływ średnicy wiązki lasera na prędkość spawania
Średnica wiązki laserowej jest kolejnym istotnym czynnikiem. Ogólnie rzecz biorąc, mniejsza średnica wiązki lasera może zapewnić większą gęstość mocy, umożliwiając szybsze spawanie. Dostosowanie średnicy wiązki lasera do różnych materiałów i zadań spawalniczych jest kluczową strategią zwiększania wydajności spawania.

Różnice w rodzaju i grubości materiału
Różne materiały różnie reagują na lasery, a grubość materiału bezpośrednio wpływa na prędkość spawania. Niektóre materiały mogą być łatwiej podgrzewane przez lasery, podczas gdy cieńsze materiały mogą być zazwyczaj podgrzewane i spawane szybciej. Dlatego przy opracowywaniu planu spawania należy wziąć pod uwagę zarówno rodzaj, jak i grubość materiału, aby osiągnąć optymalną prędkość spawania.

Regulacja ustawień prędkości spawania
Operatorzy spawarek laserowych mogą elastycznie kontrolować proces spawania poprzez regulację prędkości spawania. Zwiększenie prędkości spawania zazwyczaj oznacza, że spawarka laserowa przesuwa się dalej w jednostce czasu, osiągając wyższą prędkość spawania. Wymaga to jednak od operatorów dogłębnego zrozumienia parametrów spawania, aby zapewnić, że jakość spawania nie zostanie obniżona.

Znaczenie gazu spawalniczego i warunków atmosferycznych
Spawanie laserowe często wymaga użycia gazu osłonowego, takiego jak argon, aby zapobiec przedostawaniu się tlenu do obszaru spawania i powodowaniu utleniania. Jakość i skład warunków atmosferycznych również wpływają na prędkość spawania. Utrzymanie odpowiedniej atmosfery ma kluczowe znaczenie dla stabilności i wydajności spawania laserowego.

Regulacja mocy i długości fali lasera
Moc i długość fali lasera są kluczowymi czynnikami wpływającymi na prędkość spawania. Większa moc lasera zazwyczaj pozwala na szybsze spawanie. Dodatkowo, regulacja długości fali lasera może lepiej dostosować się do charakterystyki absorpcji różnych materiałów, poprawiając w ten sposób wydajność spawania.

Wybór kształtu głowicy spawalniczej i konfiguracji plamki
Kształt i konfiguracja plamki lasera ze spawarki również znacząco wpływają na prędkość spawania. Różne kształty i konfiguracje mogą wymagać różnych parametrów spawania, więc wybór odpowiedniego kształtu głowicy spawalniczej wymaga starannego rozważenia konkretnych wymagań spawalniczych.

Regulacja kąta i kierunku spawania
Kąt i kierunek głowicy spawalniczej są również czynnikami wpływającymi na prędkość spawania. Odpowiednia regulacja kąta i kierunku spawania pozwala uzyskać bardziej równomierny rozkład ciepła, poprawiając prędkość spawania.

Zastosowanie materiałów i urządzeń pomocniczych
Zastosowanie odpowiednich materiałów i urządzeń pomocniczych, takich jak pomocnicze urządzenia spawalnicze lub pomocnicze urządzenia grzewcze, może poprawić przewodnictwo cieplne i tworzenie się jeziorka podczas procesu spawania, wpływając tym samym na szybkość spawania. Zastosowanie tych środków pomocniczych w określonych zadaniach spawalniczych może być skutecznym sposobem na zwiększenie wydajności.

Uwzględnienie konstrukcji spoiny
Konstrukcja i kształt geometryczny spoiny są ważnymi czynnikami wpływającymi na szybkość spawania. Złożone kształty spoin mogą wymagać dłuższego czasu spawania, więc racjonalne zaprojektowanie spoiny przed spawaniem może zoptymalizować prędkość spawania.

Optymalizacja długości ogniskowej lasera
Ogniskowa urządzenia do spawania laserowego, czyli odległość od ogniska do powierzchni przedmiotu obrabianego, może zoptymalizować efekty spawania i zwiększyć prędkość spawania. Prawidłowy dobór ogniskowej ma kluczowe znaczenie dla pełnego wykorzystania wydajności spawarki laserowej.

Wpływ wstępnej obróbki przedmiotu obrabianego
Stan i wstępna obróbka powierzchni przedmiotu obrabianego mają bezpośredni wpływ na prędkość spawania. Czysta powierzchnia i odpowiednia obróbka wstępna mogą poprawić absorpcję i transmisję energii lasera, wpływając tym samym na prędkość spawania.

Konieczność kontroli temperatury
Temperatura otoczenia i początkowa temperatura przedmiotu obrabianego podczas procesu spawania to czynniki, które należy wziąć pod uwagę. W niektórych przypadkach może być wymagane chłodzenie lub ogrzewanie w celu utrzymania odpowiedniej temperatury, zapewniając w ten sposób równowagę między szybkością i jakością spawania.

Kilka czynników ma wpływ na prędkość spawania spawarek laserowychw tym gęstość mocy, średnicę wiązki laserowej, rodzaj i grubość materiału, a także ustawienia prędkości spawania. Dostosowując te parametry, operatorzy mogą osiągnąć lepsze wyniki spawania. Dodatkowo, materiały pomocnicze, kształt głowicy spawalniczej i optymalizacja ogniskowej lasera również odgrywają kluczową rolę we wpływie na prędkość spawania. Współdziałanie tych czynników zapewnia większą elastyczność technologii spawania laserowego, prowadząc przemysł produkcyjny w kierunku wydajnej i precyzyjnej przyszłości.