Inleiding:
Heb je wel eens gehoord van diep doordringend laserlassen? Diep Penetratie Laserlassen is een geavanceerde lastechniek. Diep Penetratie Laserlassen (DPLW) maakt gebruik van een laserstraal met hoge energie om diepe en smalle lasnaden te maken in verschillende materialen, meestal metalen. In dit artikel gaan we dieper in op de werking en de voor- en nadelen.
Het principe van laserlassen
Met continue of gepulseerde laserstralen kan laserlassen worden bereikt. Het principe van laserlassen kan worden onderverdeeld in warmtegeleidingslassen en laser dieptedoorsteeklassen.
- Wanneer de vermogensdichtheid minder is dan 104~105 W/cm2, is er sprake van warmtegeleidingslassen. Op dit moment is de inbranddiepte ondiep en de lassnelheid langzaam;
- Wanneer de vermogensdichtheid groter is dan 105~107 W/cm2, wordt het metaaloppervlak verzonken in "holtes" door verhitting, waardoor diep doordringingslassen ontstaat. Het heeft de kenmerken van een snelle lassnelheid en een grote beeldverhouding.
Het principe van laserlassen met warmtegeleiding is dat laserstraling het te bewerken oppervlak verwarmt. En de oppervlaktewarmte verspreidt zich naar binnen door warmtegeleiding. Door laserparameters zoals laserpulsbreedte, energie, piekvermogen en herhalingsfrequentie te regelen, wordt het werkstuk gesmolten tot een specifiek smeltbad. De machine voor laserlassen die wordt gebruikt voor het lassen van tandwielen en metallurgische dunne platen heeft voornamelijk betrekking op diep doordringend laserlassen.
Hieronder wordt ingegaan op het principe van laserlassen met diepe penetratie.
Het principe van laserlassen met diepe penetratie
Laser dieptelassen maakt over het algemeen gebruik van continue laserstralen om de verbinding van materialen te voltooien. Het metallurgisch fysisch proces is zeer vergelijkbaar met elektronenbundellassen. Het energieomzettingsmechanisme wordt voltooid door de "sleutelgat"-structuur. Onder bestraling met een voldoende hoge vermogensdichtheid van de laser verdampt het materiaal en vormt het kleine poriën. Dit kleine gat vol stoom is als een zwart lichaam dat bijna alle energie van de invallende straal absorbeert. De evenwichtstemperatuur in de holte bereikt ongeveer 2500℃. De warmte wordt overgebracht van de buitenwand van de hoge-temperatuurholte om het metaal rondom de holte te smelten.
Het kleine gat is gevuld met stoom van hoge temperatuur die wordt gegenereerd door de voortdurende verdamping van het wandmateriaal onder de bestraling van de straal. De wanden van het kleine gat worden omgeven door gesmolten metaal. Het vloeibare metaal wordt omgeven door vaste materialen (terwijl bij de meeste conventionele lasprocessen en bij laser geleidingslassen de energie eerst op het oppervlak van het werkstuk wordt afgezet en vervolgens door overdracht naar binnen wordt getransporteerd).
De vloeistofstroom buiten de poriewand en de oppervlaktespanning van de wandlaag handhaven een dynamisch evenwicht met de continu opgewekte dampdruk in de poriënholte. De straal gaat continu het kleine gat binnen en het materiaal stroomt uit het kleine gat. Terwijl de straal beweegt, bevindt het kleine gat zich altijd in een stabiele stromingstoestand. Dat wil zeggen, het kleine gaatje en het gesmolten metaal rondom het gaatje bewegen voorwaarts met de voorwaartse snelheid van de leidende straal, en het gesmolten metaal vult de opening die wordt achtergelaten door het kleine gaatje en condenseert dienovereenkomstig zodat de las wordt gevormd.
Kenmerken van laserlassen met diepe penetratie
1) Hoge beeldverhouding
Als het gesmolten metaal zich vormt rond de cilindrische holte van hete stoom en zich uitstrekt naar het werkstuk, wordt de las diep en smal.
2) Minimale warmte-inbreng
Omdat de temperatuur in het kleine gat erg hoog is, verloopt het smeltproces extreem snel, is de warmte-inbreng in het werkstuk erg laag en zijn de thermische vervorming en de warmte-beïnvloede zone klein.
3) Hoge dichtheid
Omdat de kleine poriën gevuld met stoom van hoge temperatuur bevorderlijk zijn voor de agitatie van het smeltbad en het ontsnappen van gas, wat resulteert in een penetratielas zonder poriën. De hoge afkoelsnelheid na het lassen kan de lasstructuur gemakkelijk fijner maken.
4) Sterke lasnaden
Door de zinderende hittebron en voldoende absorptie van niet-metalen componenten wordt het gehalte aan onzuiverheden verlaagd en worden de grootte en de verdeling van de insluitsels in het smeltbad veranderd. Voor het lasproces zijn geen elektroden of lasdraad nodig en de smeltzone is minder verontreinigd, zodat de sterkte en taaiheid van de las minstens gelijk zijn aan of zelfs hoger zijn dan die van het moedermetaal.
5) Nauwkeurige besturing
Omdat de gefocuste lichtvlek klein is, kan de lasnaad zeer nauwkeurig gepositioneerd worden. De laseruitgang heeft geen "traagheid" en kan op hoge snelheid gestopt en opnieuw gestart worden. Het complexe werkstuk kan worden gelast met de numeriek bestuurde straalbewegingstechnologie.
6) Contactloos atmosferisch lasproces
De energie komt van de fotonenbundel, er is geen fysiek contact met het werkstuk. Er wordt dus geen externe kracht uitgeoefend op het werkstuk. Bovendien hebben magnetisme en lucht geen invloed op het laserlicht.
Voordelen en nadelen van laserlassen met diepe penetratie
Voordelen
1) De gefocuste laser heeft een veel hogere vermogensdichtheid dan conventionele methoden. De lassnelheid is dus snel en de warmte-beïnvloede zone en vervorming zijn klein. En moeilijk te lassen materialen zoals titanium kunnen ook worden gelast.
2) De lichtbundel is eenvoudig te verzenden en te controleren, de toorts en het mondstuk hoeven niet vaak te worden vervangen. Er is geen vacuüm nodig voor elektronenbundellassen. Dit vermindert de stilstandtijd van de hulpmiddelen aanzienlijk. De beladingsgraad en productie-efficiëntie zijn dus hoog.
3) De lassterkte, taaiheid en uitgebreide prestaties zijn hoog dankzij het zuiverende effect en de hoge afkoelsnelheid.
4) Door de lage gemiddelde warmte-inbreng en hoge bewerkingsnauwkeurigheid kunnen de kosten van herbewerking worden verlaagd; bovendien zijn de bedrijfskosten van laserlassen ook laag, wat de kosten van werkstukbewerking kan verlagen.
5) Het kan de straalintensiteit en fijne positionering effectief regelen, waardoor het gemakkelijk is om automatisch te werken.
Nadelen
1) De lasdiepte is beperkt.
2) De assemblagevereisten van het werkstuk zijn hoog.
3) De eenmalige investering in het lasersysteem is relatief hoog.