Введение:
Лазерная сварка — это процесс, который использует высокосфокусированный луч световой энергии, известный как лазер, для соединения материалов. Итак, как работает лазерная сварка? Эта статья даст вам ответ.
Как это лазерная сварка работа?
1. Генерация лазерного луча
Процесс начинается с генерации высококонцентрированного пучка когерентного света, обычно из лазерного резонатора. Лазерный луч может быть получен с использованием различных лазеров, таких как твердотельные, газовые или волоконные лазеры.
2. Фокусировка лазерного луча
После генерации лазерный луч направляется через ряд зеркал и линз, чтобы сфокусировать его в небольшую интенсивную точку. Эта фокусировка имеет решающее значение. Она увеличивает плотность энергии лазерного луча, позволяя ему расплавлять или испарять материал, с которым он взаимодействует.
3. Подготовка материала
Перед сваркой соединяемые материалы подготавливаются путем их очистки и правильного позиционирования. Подготовка поверхности имеет важное значение для обеспечения надлежащего сцепления и качества сварки.
4. Процесс сварки
Сфокусированный лазерный луч направляется на соединение свариваемых материалов. Когда интенсивный луч попадает на поверхность, он быстро нагревает, плавит или испаряет материал. Выделяющееся тепло локализуется, сводя к минимуму зону термического влияния (ЗТВ) окружающего материала.
5. Соединение материалов
По мере того, как материал плавится или испаряется, он образует расплавленную ванну на границе стыка. Расплавленный материал охлаждается и затвердевает, создавая сплавную связь между материалами. Лазерный луч перемещается вдоль стыка, чтобы сварить всю длину.
6. Контроль и мониторинг
Процессы лазерной сварки часто включают датчики и системы мониторинга для управления параметрами мощности, фокусировки луча и скорости. Это обеспечивает точный контроль над процессом сварки и помогает поддерживать стабильное качество.
Важные параметры лазерной сварки
1. Плотность мощности
Плотность мощности является одним из наиболее важных параметров в лазерной обработке. Используя более высокую плотность мощности, поверхностный слой может быть нагрет до точки кипения в течение микросекунды, что приводит к обширному испарению. Таким образом, высокая плотность мощности выгодна для обработки удаления материала, такой как сверление, резка и гравировка. При более низкой плотности мощности требуется несколько миллисекунд, чтобы температура поверхности достигла точки кипения. Прежде чем поверхностный слой испарится, нижний слой достигает точки плавления, легко образуя хороший расплавленный сварной шов.
2. Форма волны лазерного импульса
Когда высокоинтенсивный лазерный луч попадает на поверхность материала, от 60 до 98% лазерной энергии будет отражаться и теряться на поверхности металла. К ним относятся золото, серебро, медь, алюминий, титан и другие материалы с сильным отражением и быстрой теплопередачей. Во время импульсного лазерного сигнала отражательная способность металла изменяется со временем. Отражательная способность будет быстро уменьшаться, когда температура поверхности материала поднимется до точки плавления. Когда поверхность расплавлена, отражение стабилизируется на определенном значении.
3. Ширина лазерного импульса
Ширина импульса является важным параметром для импульсной лазерной сварки. Глубина проникновения и зона термического влияния определяют ширину импульса. Чем больше ширина импульса, тем больше зона термического влияния. Глубина проникновения увеличивается с мощностью 1/2 ширины импульса. Однако увеличение ширины импульса приведет к снижению пиковой мощности. Поэтому увеличение ширины импульса обычно используется для сварки теплопроводностью. Размер образуемого сварного шва широкий и неглубокий, что особенно подходит для сварки внахлест тонких и толстых пластин.
Однако более низкая пиковая мощность приводит к избыточному подводу тепла. Каждый материал имеет оптимальную ширину импульса, которая максимизирует проникновение.
4. Величина расфокусировки
Лазерная сварка обычно требует определенной расфокусировки. Это происходит из-за того, что плотность мощности в центре пятна в фокусе лазера слишком высока и может легко испариться в отверстия. Распределение плотности мощности относительно равномерно на каждой плоскости вдали от фокуса лазера.
5. Скорость сварки
Скорость сварки оказывает большое влияние на глубину проплавления. Увеличение скорости сделает проплавление более мелким. Однако слишком низкая скорость приведет к чрезмерному плавлению материала и проварке заготовки. Поэтому существует подходящий диапазон скоростей сварки для конкретного материала с определенной мощностью лазера и определенной толщиной, и максимальное проплавление может быть получено при соответствующем значении скорости.
6. Защитный газ
Инертные газы часто используются для защиты расплавленной ванны во время лазерной сварки. Гелий, аргон, азот и другие газы часто используются для защиты в большинстве случаев. Вторая функция защитного газа — защита фокусирующей линзы от загрязнения парами металла и распыления капель жидкости. Во время лазерной сварки высокой мощности распыление очень мощное и необходимо для защиты линзы. Третья функция защитного газа — эффективное рассеивание плазменного экрана, создаваемого лазерной сваркой высокой мощности. Пары металла поглощают лазерный луч и ионизируют его в плазму. Если плазмы слишком много, плазма в некоторой степени поглотит лазерный луч.
7. Охлаждение и последующая обработка
После сварки сварное соединение может подвергаться охлаждению для полного затвердевания шва. В зависимости от области применения могут потребоваться дополнительные этапы постобработки, такие как шлифовка или полировка, для достижения желаемой отделки поверхности и целостности сварного шва.
Преимущества лазерной сварки
Лазерная сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами сварки. К ним относятся высокая точность, высокая скорость обработки, минимальная деформация и возможность сварки различных материалов. Эти характеристики делают ее предпочтительным выбором во многих отраслях промышленности, включая автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, электронику и производство медицинских приборов.
Лазерная сварка позволяет получить высококачественное прочное соединение и большое соотношение сторон, а скорость сварки относительно высокая.
Поскольку для лазерной сварки не требуется вакуумная среда, линзы и оптические волокна можно использовать для дистанционного управления и автоматизированного производства.
Лазерная сварка имеет большую плотность мощности, дает хороший сварочный эффект на трудносвариваемых материалах, таких как титан, кварц и т. д. С ее помощью можно сваривать материалы с различными свойствами.
Возможна микросварка. После точной фокусировки и позиционирования лазерный луч может получить очень маленькое пятно. Его можно использовать при сборочной сварке микро- и мелких деталей, производимых в больших количествах для автоматизированного производства.