Jak tloušťka materiálu ovlivňuje výběr parametrů laserového svařování?

Laserové svařování se jako účinná a přesná technologie svařování široce používá v moderní výrobě. Využívá laserový paprsek jako zdroj tepla a laserový generátor vysílá laserový paprsek s vysokou hustotou energie k roztavení a spojení materiálů. Ve srovnání s tradičními metodami svařování (plynové obloukové svařování kovů (GMAW/MIG), svařování plynovým wolframovým obloukem (GTAW/TIG), obloukové svařování v ochranné atmosféře (SMAW) a obloukové svařování elektrodou (FCAW) má laserové svařování mnoho jedinečných výhod. , jako je vysoká přesnost a vysoká účinnost svařovacího procesu a menší tepelně ovlivněná zóna. Účinek a kvalitu laserového svařování však ovlivňuje mnoho faktorů, mezi nimiž je klíčovým faktorem tloušťka materiálu. Tento článek prozkoumá, jak tloušťka materiálu ovlivňuje výběr laserový svařovací stroj parametry a poskytují optimalizační metody pro různé tloušťky materiálu.

Základy laserového svařování

Pojďme se dozvědět o procesu laserového svařování, klíčových komponentách a výhodách oproti tradičnímu svařování.

Popis procesu svařování laserem

Laserové svařování je svařovací proces, který využívá laserový paprsek jako zdroj tepla k tavení a spojování kovů nebo jiných materiálů. Proces zahrnuje následující kroky:

Zaostřování laserového paprsku: Laserový paprsek emitovaný laserovým generátorem je zaostřen na svařovací hlavu přes optický systém.
Zahřívání materiálu: Vysoká hustota energie laserového paprsku ohřívá materiál na jeho bod tání, což způsobuje, že se materiál lokálně roztaví nebo odpaří.
Tvorba roztavené lázně: Roztavený materiál tvoří roztavenou lázeň a nepřetržité působení laserového paprsku udržuje roztavenou lázeň v kapalině.
Tuhnutí a spojení: Když se laserový paprsek pohybuje nebo zastaví, roztavená lázeň se ochladí a ztuhne, čímž se dokončí proces svařování.

Existují dva typy procesů laserového svařování, svařování tepelným vedením a svařování klíčové dírky.

Svařování tepelnou vodivostí: Laserový paprsek ohřívá povrch materiálu nad bod tání materiálu, vytváří tavení pouze na svařovaném povrchu, vnitřek obrobku není zcela proniknut a v podstatě nedochází k žádnému odpařování. Tento proces se používá především ke svařování tenkostěnných materiálů. Svařování tepelným vedením vytváří hladké a krásné svary.
Svařování klíčovou dírkou: Při svařování klíčovou dírkou ohřívá laserový paprsek povrch materiálu do bodu odpařování a proniká do materiálu. Materiál se odpaří a vytvoří malý otvor. Otvor naplněný párou pohltí téměř veškerou energii dopadajícího paprsku. Rovnovážná teplota v díře je asi 2500 ℃. Teplo se přenáší z vnější stěny vysokoteplotního otvoru k roztavení kovu kolem otvoru. Klíčová dírka je naplněna vysokoteplotní párou generovanou kontinuálním odpařováním materiálu pod ozařováním paprsku. Laserový paprsek nepřetržitě vstupuje do otvoru a materiál vně otvoru nepřetržitě proudí. Jak se paprsek pohybuje, otvor je vždy ve stabilním průtokovém stavu. To znamená, že roztavený kov kolem malého otvoru a stěny otvoru se pohybuje dopředu rychlostí paprsku. Roztavený kov vyplní mezeru, kterou zanechal pohyb malého otvoru, a poté kondenzuje a tvoří svar.

Klíčové součásti laserových svařovacích systémů

Klíčové součásti systému laserového svařování jsou:

Laserový generátor: generuje a vysílá laserovou energii. Mezi běžné laserové generátory patří vláknové laserové generátory, plynové laserové generátory atd.
Optický systém: zahrnuje zaostřovací čočky a zrcátka pro nastavení a zaostření laserového paprsku.
Laserový přenosový systém: systém pro přenos laserového paprsku ze zdroje laseru do svařovací polohy.
Svařovací hlava: obsahuje laserové zaostřovací zrcadlo, kolimační zrcadlo a ochrannou plynovou trysku pro vlastní svařovací operaci.
Řídicí systém: používá se k ovládání různých parametrů laserového svařování, jako je výkon laseru, rychlost svařování atd.

Výhody laserového svařování oproti tradičním metodám svařování

Laserové svařování má oproti tradičním metodám svařování následující výhody:

Kvalita svařování

Tepelně ovlivněná zóna laserového svařování je malá, protože hustota energie laserového paprsku je vysoká, doba ohřevu je krátká a tepelné ztráty jsou malé, takže tepelně ovlivněná zóna materiálu je malá, což může snížit deformaci , praskání, oxidace a další problémy materiálu.
Poměr hloubky k šířce svaru laserového svařování je vysoký, protože průměr laserového paprsku je malý a energie je koncentrovaná, takže může vytvořit hluboký a úzký svar, což zlepšuje pevnost a utěsnění svařování .
Svar laserového svařování je hladký a krásný, protože bod laserového paprsku je stabilní a polohu a parametry svařování lze přesně ovládat, takže může tvořit hladký a krásný svar, což snižuje následné broušení a leštění.
Při laserovém svařování je méně defektů svařování, protože laserové svařování nevyžaduje použití pomocných materiálů, jako jsou elektrody, svařovací dráty a ochranné plyny, takže může zabránit vzniku defektů svařování, jako je kontaminace elektrod, póry, struskové vměstky, a praskliny.

Účinnost svařování

Laserové svařování má vysokou rychlost svařování. Protože hustota energie laserového paprsku je vysoká a doba ohřevu je krátká, proces svařování může být dokončen rychle, což zlepšuje efektivitu výroby.
Laserové svařování má vysokou flexibilitu svařování. Protože je laserový paprsek bezkontaktním zdrojem tepla, může být přenášen a řízen optickým vláknem, reflektorem, robotem atd., takže se může přizpůsobit různým složitým svařovacím polohám a tvarům a zlepšuje flexibilitu výroby.
Laserové svařování má vysoký stupeň automatizace svařování. Vzhledem k tomu, že laserové svařování může být přesně řízeno a seřizováno pomocí počítače nebo CNC systému, může dosáhnout vysokého stupně automatizace a inteligence, což snižuje manuální zásahy a chyby.

Svařovací aplikace

Laserové svařování má silnou přizpůsobivost materiálu, protože tepelným zdrojem laserového svařování je bezkontaktní zdroj tepla, kterým lze svařovat různé kovové nebo nekovové materiály a dokonce svařovat různé druhy materiálů pro dosažení spojení rozdílných materiálů.
Laserové svařování má silnou průmyslovou přizpůsobivost, protože zdroj tepla laserového svařování je účinným zdrojem tepla, který může dosáhnout vysoce kvalitního, vysokorychlostního a vysoce automatizovaného svařování, takže jej lze použít v různých špičkových průmyslových odvětvích, jako je např. letecký, automobilový, elektronický, lékařský atd.

Vliv tloušťky materiálu na parametry svařování

Účinek laserového svařování je ovlivněn mnoha parametry, mezi nimiž je důležitým faktorem tloušťka materiálu. Tloušťka materiálu přímo ovlivňuje nastavení parametrů laserového svařování, včetně výkonu laseru, trvání a frekvence pulsu, rychlosti svařování, polohy ohniska a průměru paprsku. Dále bude podrobně probráno, jak jsou tyto parametry ovlivněny tloušťkou materiálu.

Výkon laseru

Tloušťka materiálu přímo ovlivňuje volbu výkonu laseru. Tlustší materiály vyžadují vyšší výkon laseru, aby byl zajištěn dostatečný příkon tepla k roztavení celého svarového spoje. Tenčí materiály vyžadují nižší výkon laseru, aby nedošlo k přehřátí a nadměrnému tavení. Výběrem správného výkonu laseru se můžete vyhnout defektům svařování, jako jsou póry, neúplné svařování atd.

Pulse Duration and Frequency

U pulzního laserového svařování jsou trvání pulzu a frekvence také ovlivněny tloušťkou materiálu. U tenčích materiálů může kratší doba trvání pulsu a vyšší frekvence zajistit rychlé cykly ohřevu a chlazení, a tím zlepšit kvalitu svaru. U silnějších materiálů může delší trvání pulsu a nižší frekvence poskytnout dostatečný přívod tepla pro zajištění kvality svaru.

Rychlost svařování

Rychlost svařování přímo souvisí s tloušťkou materiálu. Tlustší materiály obvykle vyžadují nižší rychlosti svařování, aby bylo zajištěno, že laserový paprsek může plně proniknout a roztavit materiál. Tenčí materiály mohou používat vyšší rychlosti svařování, aby se zabránilo přehřátí a roztavení materiálu. Rozumným nastavením rychlosti svařování lze účinně řídit přísun tepla během procesu svařování a tím zlepšit kvalitu a pevnost svarového spoje.

Pozice zaostření

Poloha laserového ohniska má důležitý vliv na kvalitu svaru. U tenčích materiálů je laserové ohnisko obvykle nastaveno blízko povrchu materiálu, aby se dosáhlo nejlepšího svařovacího efektu. U silnějších materiálů může být nutné upravit zaostření laseru uvnitř materiálu, aby bylo zajištěno, že laserový paprsek může účinně pronikat a roztavit materiál. Správná poloha zaostření může zajistit jednotnost a pevnost svarového spoje.

Průměr paprsku

Průměr paprsku se vztahuje k průměru výstupního paprsku laserového svařovacího stroje. Obecně lze říci, že čím menší je průměr paprsku, tím lepší je kvalita svařování. Tlustší materiály obvykle vyžadují větší průměr paprsku, aby byla zajištěna dostatečná hustota energie a hloubka svařování. Tenčí materiály mohou používat menší průměr paprsku pro zlepšení přesnosti svařování a kontroly detailů. Při použití je třeba zvolit vhodný průměr paprsku, aby byla zajištěna kvalita svařování.

Optimalizace parametrů laserového svařování pro různé tloušťky materiálů

V závislosti na tloušťce materiálu je třeba odpovídajícím způsobem optimalizovat parametry laserového svařování, aby byla zajištěna kvalita a výkon svarového spoje. Níže jsou uvedeny optimalizační návrhy parametrů laserového svařování pro různé tloušťky materiálu:

Tenké materiály (<1mm)

Výkon laseru: Měl by být zvolen nižší výkon laseru, aby nedošlo k přehřátí a nadměrnému roztavení. Obvykle se volí v rozmezí desítek wattů až stovek wattů.
Trvání a frekvence pulsu: Kratší trvání pulsu a vyšší frekvence pomáhají zajistit rychlé cykly zahřívání a ochlazování a snižují tepelné účinky.
Rychlost svařování: Vyšší rychlosti svařování lze použít ke zlepšení efektivity výroby a zabránění přehřátí.
Pozice zaostření: Laserové zaostření by mělo být nastaveno blízko povrchu materiálu pro nejlepší svařovací efekt.
Průměr paprsku: Použijte menší průměr paprsku pro zlepšení přesnosti a detailní kontroly svařování.

Materiály střední tloušťky (1mm-5mm)

Výkon laseru: Pro zajištění hloubky a kvality svařování je třeba zvolit střední výkon laseru. Obvykle se volí v rozmezí několika set wattů až kilowattů.
Trvání a frekvence pulsu: Podle konkrétní tloušťky materiálu zvolte střední dobu trvání pulsu a frekvenci, abyste vyrovnali účinky ohřevu a chlazení.
Rychlost svařování: Mírná rychlost svařování by měla být zvolena podle tloušťky materiálu, aby byla zajištěna kvalita svařování a efektivita výroby.
Poloha zaostření: Laserové zaostření by mělo být nastaveno uprostřed materiálu, aby byla zajištěna hloubka a rovnoměrnost svařování.
Průměr paprsku: Vyberte střední průměr paprsku pro vyvážení distribuce energie a přesnosti svařování.

Silný materiál (>5 mm)

Výkon laseru: Je třeba zvolit vyšší výkon laseru, aby byl zajištěn dostatečný přívod tepla k zajištění hloubky a kvality svařování. Obvykle se volí v rozsahu několika kilowattů.
Trvání a frekvence pulsu: Delší trvání pulsu a nižší frekvence mohou poskytnout dostatečný přívod tepla k roztavení silnějších materiálů.
Rychlost svařování: Měla by být zvolena nižší rychlost svařování, aby se zajistilo, že laserový paprsek může účinně pronikat a roztavit materiál.
Poloha zaostření: Laserové zaostření by mělo být nastaveno uvnitř materiálu, aby bylo zajištěno, že laserový paprsek může účinně pronikat a roztavit materiál.
Průměr paprsku: Pro zajištění dostatečné hustoty energie a hloubky svařování použijte větší průměr paprsku.

Shrnout

Laserové svařování je jako efektivní a přesná svařovací technologie ovlivněno mnoha faktory, mezi nimiž je klíčovým faktorem tloušťka materiálu. Tloušťka materiálu přímo ovlivňuje výběr parametrů laserového svařování, včetně výkonu laseru, trvání a frekvence pulsu, rychlosti svařování, polohy ohniska a průměru paprsku. Pro různé tloušťky materiálu může rozumné nastavení parametrů laserového svařování efektivně zlepšit kvalitu svařování.

Získejte laserová řešení

Výběr správného laserového svařovacího stroje může pomoci optimalizovat spotřebu energie a dosáhnout vysoké provozní účinnosti. Spolupráce s důvěryhodným dodavatelem zajišťuje přístup k vyspělým technologiím, poradenství na míru a nepřetržité podpoře. Ve společnosti AccTek Laser nabízíme komplexní řadu laserových svařovacích zařízení navržených tak, aby splňovaly různé průmyslové potřeby. Naši odborníci vám mohou pomoci vybrat energeticky nejúčinnější model a konfiguraci s ohledem na faktory, jako je typ materiálu, tloušťka a objem výroby. Nabízíme také špičkové funkce, jako jsou vysoce účinné laserové generátory, inteligentní chladicí systémy a software pro správu energie pro maximalizaci výkonu a minimalizaci spotřeby energie. Náš tým navíc poskytuje pravidelné servisní služby a technickou podporu, aby vaše zařízení zůstalo na špičkové úrovni. Partnerstvím s námi můžete dosáhnout významných úspor energie, snížit provozní náklady a zvýšit své úsilí o udržitelnost. Máte-li jakékoli dotazy, kontaktujte nás prosím včas, společnost AccTek Laser se zavázala poskytovat každému zákazníkovi perfektní laserová řešení!

Laserové zařízení

Kontaktní informace

Získejte laserová řešení