Jak grubość materiału wpływa na wybór parametrów spawania laserowego?

Jak grubość materiału wpływa na dobór parametrów spawania laserowego?

Jako wydajna i precyzyjna technologia spawania, spawanie laserowe jest szeroko stosowane w nowoczesnej produkcji. Wykorzystuje wiązkę laserową jako źródło ciepła, a generator laserowy emituje wiązkę laserową o wysokiej gęstości energii w celu topienia i łączenia materiałów. W porównaniu z tradycyjnymi metodami spawania (spawanie łukiem elektrycznym w osłonie gazów (GMAW/MIG), spawanie łukiem elektrycznym w osłonie gazów (GTAW/TIG), spawanie łukiem elektrycznym w osłonie gazów (SMAW) i spawanie łukiem rdzeniowy (FCAW)), spawanie laserowe ma wiele unikalnych zalet, takich jak wysoka precyzja i wysoka wydajność procesu spawania oraz mniejsza strefa wpływu ciepła. Jednak na efekt i jakość spawania laserowego wpływa wiele czynników, wśród których kluczowym czynnikiem jest grubość materiału. W tym artykule zbadamy, w jaki sposób grubość materiału wpływa na wybór spawarka laserowa parametry i dostarczają metody optymalizacji dla różnych grubości materiałów.

Podstawy spawania laserowego

Poznajmy proces spawania laserowego, jego kluczowe elementy i zalety w porównaniu ze spawaniem tradycyjnym.

Opis procesu spawania laserowego

Spawanie laserowe to proces spawania, w którym wiązka laserowa jest wykorzystywana jako źródło ciepła do topienia i łączenia metali lub innych materiałów. Proces obejmuje następujące kroki:

Ogniskowanie wiązki laserowej: Wiązka laserowa emitowana przez generator laserowy jest ogniskowana na głowicy spawalniczej za pomocą układu optycznego.
Nagrzewanie materiału: Wysoka gęstość energii wiązki laserowej nagrzewa materiał do temperatury topnienia, powodując jego lokalne stopienie lub odparowanie.
Tworzenie się zbiornika stopionego materiału: Stopiony materiał tworzy zbiornik stopionego materiału, a ciągłe działanie wiązki laserowej utrzymuje zbiornik stopionego materiału w stanie ciekłym.
Krzepnięcie i łączenie: Gdy wiązka lasera porusza się lub zatrzymuje, jeziorko stopionego materiału stygnie i krzepnie, co kończy proces spawania.

Istnieją dwa rodzaje procesu spawania laserowego: spawanie przewodnością cieplną i spawanie z oczkiem.

Spawanie z przewodnictwem cieplnym: wiązka lasera nagrzewa powierzchnię materiału powyżej temperatury topnienia materiału, powoduje topienie tylko na powierzchni spawania, wnętrze przedmiotu obrabianego nie jest całkowicie penetrowane i zasadniczo nie występuje odparowanie. Proces ten jest stosowany głównie do spawania materiałów cienkościennych. Spawanie z przewodnictwem cieplnym powoduje gładkie i piękne spoiny.
Spawanie metodą dziurki od klucza: W spawaniu metodą dziurki od klucza wiązka lasera podgrzewa powierzchnię materiału do punktu parowania i wnika w materiał. Materiał odparowuje, tworząc mały otwór. Otwór wypełniony parą pochłania prawie całą energię padającej wiązki. Temperatura równowagi w otworze wynosi około 2500℃. Ciepło jest przenoszone z zewnętrznej ściany otworu o wysokiej temperaturze, aby stopić metal wokół otworu. Otwór jest wypełniony parą o wysokiej temperaturze generowaną przez ciągłe odparowywanie materiału pod wpływem promieniowania wiązki. Wiązka lasera ciągle wchodzi do otworu, a materiał na zewnątrz otworu płynie nieprzerwanie. Gdy wiązka się porusza, otwór jest zawsze w stabilnym stanie przepływu. Oznacza to, że stopiony metal wokół małego otworu i ściana otworu poruszają się do przodu z prędkością wiązki. Stopiony metal wypełnia szczelinę pozostawioną przez ruch małego otworu, a następnie skrapla się, tworząc spoinę.

Kluczowe komponenty systemów spawania laserowego

Głównymi elementami systemu spawania laserowego są:

Generator laserowy: generuje i emituje energię laserową. Do powszechnych generatorów laserowych należą generatory laserów światłowodowych, generatory laserów gazowych itp.
Układ optyczny: obejmuje soczewki skupiające i lustra służące do regulacji i ogniskowania wiązki laserowej.
System transmisji laserowej: system umożliwiający transmisję wiązki laserowej ze źródła laserowego do pozycji spawania.
Głowica spawalnicza: obejmuje lustro ogniskujące laser, lustro kolimacyjne i dyszę ochronną gazu do rzeczywistej operacji spawania.
Układ sterowania: służy do kontrolowania różnych parametrów spawania laserowego, takich jak moc lasera, prędkość spawania itp.

Zalety spawania laserowego w porównaniu z tradycyjnymi metodami spawania

Spawanie laserowe ma następujące zalety w porównaniu z tradycyjnymi metodami spawania:

Jakość spawania

Strefa wpływu ciepła podczas spawania laserowego jest mała, ponieważ gęstość energii wiązki laserowej jest wysoka, czas nagrzewania jest krótki, a utrata ciepła jest niewielka. W związku z tym strefa wpływu ciepła materiału jest mała, co może zmniejszyć odkształcenia, pęknięcia, utlenianie i inne problemy związane z materiałem.
Stosunek głębokości do szerokości spoiny podczas spawania laserowego jest wysoki, ponieważ średnica wiązki laserowej jest mała, a energia jest skoncentrowana, dzięki czemu może ona tworzyć głęboką i wąską spoinę, co poprawia wytrzymałość i szczelność spoiny.
Spoina uzyskana w wyniku spawania laserowego jest gładka i piękna, ponieważ punkt wiązki laserowej jest stabilny, a pozycja i parametry spawania mogą być dokładnie kontrolowane, dzięki czemu można utworzyć gładką i piękną spoinę, redukując potrzebę późniejszego szlifowania i polerowania.
W spawaniu laserowym występuje mniej wad spawalniczych, ponieważ nie wymaga ono stosowania materiałów pomocniczych, takich jak elektrody, pręty spawalnicze i gazy osłonowe, dzięki czemu można uniknąć powstawania wad spawalniczych, takich jak zanieczyszczenia elektrod, pory, wtrącenia żużla i pęknięcia.

Wydajność spawania

Spawanie laserowe charakteryzuje się dużą prędkością spawania. Ponieważ gęstość energii wiązki laserowej jest wysoka, a czas nagrzewania jest krótki, proces spawania można ukończyć szybko, co zwiększa wydajność produkcji.
Spawanie laserowe ma wysoką elastyczność spawania. Ponieważ wiązka laserowa jest bezkontaktowym źródłem ciepła, może być przesyłana i kontrolowana przez światłowód, reflektor, robota itp., dzięki czemu może dostosowywać się do różnych złożonych pozycji i kształtów spawania, zwiększając elastyczność produkcji.
Spawanie laserowe charakteryzuje się wysokim stopniem automatyzacji spawania. Ponieważ spawanie laserowe może być dokładnie kontrolowane i regulowane przez komputer lub system CNC, może osiągnąć wysoki stopień automatyzacji i inteligencji, redukując ręczną interwencję i błędy.

Zastosowania spawalnicze

Spawanie laserowe charakteryzuje się dużą zdolnością adaptacji do różnych materiałów, ponieważ źródłem ciepła w spawaniu laserowym jest bezkontaktowe źródło ciepła, które może spawać różne materiały metalowe i niemetalowe, a nawet spawać różne rodzaje materiałów w celu łączenia różnych materiałów.
Spawanie laserowe ma dużą przydatność przemysłową, ponieważ źródło ciepła wykorzystywane w tym procesie jest wydajnym źródłem ciepła, które umożliwia uzyskanie wysokiej jakości, dużej prędkości i wysoce zautomatyzowanego spawania. Dzięki temu może być stosowane w różnych gałęziach przemysłu, takich jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny, elektroniczny, medyczny itp.

Wpływ grubości materiału na parametry spawania

Na efekt spawania laserowego wpływa wiele parametrów, wśród których ważnym czynnikiem jest grubość materiału. Grubość materiału bezpośrednio wpływa na ustawienia parametrów spawania laserowego, w tym moc lasera, czas trwania i częstotliwość impulsu, prędkość spawania, położenie ogniska i średnicę wiązki. Poniżej omówiono szczegółowo, w jaki sposób te parametry są zależne od grubości materiału.

Moc lasera

Grubość materiału ma bezpośredni wpływ na wybór mocy lasera. Grubsze materiały wymagają większej mocy lasera, aby zapewnić wystarczającą ilość ciepła do stopienia całego spoiny. Cieńsze materiały wymagają mniejszej mocy lasera, aby uniknąć przegrzania i nadmiernego stopienia. Wybór odpowiedniej mocy lasera może zapobiec wadom spawania, takim jak pory, niekompletne spawanie itp.

Czas trwania i częstotliwość impulsu

W spawaniu laserowym impulsowym, czas trwania impulsu i częstotliwość zależą również od grubości materiału. W przypadku cieńszych materiałów, krótszy czas trwania impulsu i wyższa częstotliwość mogą zapewnić szybkie cykle nagrzewania i chłodzenia, poprawiając tym samym jakość spoiny. W przypadku grubszych materiałów, dłuższy czas trwania impulsu i niższa częstotliwość mogą zapewnić więcej wystarczającego ciepła do zapewnienia jakości spoiny.

Prędkość spawania

Prędkość spawania jest bezpośrednio związana z grubością materiału. Grubsze materiały zazwyczaj wymagają wolniejszych prędkości spawania, aby zapewnić, że wiązka lasera może w pełni przeniknąć i stopić materiał. Cieńsze materiały mogą wykorzystywać szybsze prędkości spawania, aby uniknąć przegrzania i stopienia materiału. Rozsądne ustawienie prędkości spawania może skutecznie kontrolować dopływ ciepła podczas procesu spawania, poprawiając tym samym jakość i wytrzymałość spawanego połączenia.

Pozycja ostrości

Pozycja ogniska lasera ma istotny wpływ na jakość spoiny. W przypadku cieńszych materiałów ognisko lasera jest zwykle ustawiane blisko powierzchni materiału, aby uzyskać najlepszy efekt spawania. W przypadku grubszych materiałów ognisko lasera może wymagać regulacji wewnątrz materiału, aby zapewnić, że wiązka lasera może skutecznie penetrować i topić materiał. Prawidłowa pozycja ogniska może zapewnić jednorodność i wytrzymałość spoiny.

Średnica belki

Średnica wiązki odnosi się do średnicy wiązki wyjściowej spawarki laserowej. Mówiąc ogólnie, im mniejsza średnica wiązki, tym lepsza jakość spawania. Grubsze materiały zazwyczaj wymagają większej średnicy wiązki, aby zapewnić wystarczającą gęstość energii i głębokość spawania. Cieńsze materiały mogą używać mniejszej średnicy wiązki, aby poprawić dokładność spawania i kontrolę szczegółów. Podczas korzystania należy wybrać odpowiednią średnicę wiązki, aby zapewnić jakość spawania.

Optymalizacja parametrów spawania laserowego dla różnych grubości materiałów

W zależności od grubości materiału parametry spawania laserowego muszą być odpowiednio zoptymalizowane, aby zapewnić jakość i wydajność spoiny. Poniżej przedstawiono sugestie optymalizacji parametrów spawania laserowego dla różnych grubości materiału:

Materiały cienkie (<1mm)

Moc lasera: Należy wybrać niższą moc lasera, aby uniknąć przegrzania i nadmiernego topienia. Zazwyczaj wybiera się moc od dziesiątek do setek watów.
Czas trwania i częstotliwość impulsu: Krótszy czas trwania impulsu i wyższa częstotliwość zapewniają szybsze cykle nagrzewania i chłodzenia, redukując efekty termiczne.
Prędkość spawania: W celu zwiększenia wydajności produkcji i uniknięcia przegrzania można stosować większe prędkości spawania.
Pozycja ogniska: Aby uzyskać najlepszy efekt spawania, ognisko lasera należy ustawić blisko powierzchni materiału.
Średnica wiązki: Użyj wiązki o mniejszej średnicy, aby zwiększyć dokładność i szczegółowość kontroli spawania.

Materiały o średniej grubości (1 mm-5 mm)

Moc lasera: Należy wybrać umiarkowaną moc lasera, aby zapewnić głębokość i jakość spawania. Zwykle wybiera się w zakresie od kilkuset watów do kilowatów.
Czas trwania i częstotliwość impulsu: W zależności od grubości konkretnego materiału należy wybrać średni czas trwania i częstotliwość impulsu, aby zrównoważyć efekty ogrzewania i chłodzenia.
Prędkość spawania: Aby zapewnić jakość spawania i wydajność produkcji, należy dobrać umiarkowaną prędkość spawania w zależności od grubości materiału.
Pozycja ogniska: Ognisko lasera powinno być ustawione w środku materiału, aby zapewnić głębokość i równomierność spawania.
Średnica wiązki: Wybierz umiarkowaną średnicę wiązki, aby zrównoważyć rozkład energii i dokładność spawania.

Gruby materiał (>5mm)

Moc lasera: Należy wybrać wyższą moc lasera, aby zapewnić wystarczającą ilość ciepła, aby zagwarantować głębokość i jakość spawania. Zwykle wybiera się w zakresie kilku kilowatów.
Czas trwania i częstotliwość impulsu: Dłuższy czas trwania impulsu i niższa częstotliwość mogą zapewnić wystarczającą ilość ciepła do stopienia grubszych materiałów.
Prędkość spawania: Należy wybrać niższą prędkość spawania, aby mieć pewność, że wiązka lasera będzie mogła skutecznie penetrować i topić materiał.
Pozycja ogniska: Ognisko lasera powinno być ustawione wewnątrz materiału, aby mieć pewność, że wiązka lasera będzie mogła skutecznie penetrować i topić materiał.
Średnica wiązki: Użyj wiązki o większej średnicy, aby zapewnić wystarczającą gęstość energii i głębokość spawania.

Podsumować

Jako wydajna i precyzyjna technologia spawania, spawanie laserowe jest zależne od wielu czynników, wśród których kluczowym czynnikiem jest grubość materiału. Grubość materiału bezpośrednio wpływa na wybór parametrów spawania laserowego, w tym mocy lasera, czasu trwania i częstotliwości impulsu, prędkości spawania, położenia ogniska i średnicy wiązki. W przypadku różnych grubości materiału rozsądne ustawienie parametrów spawania laserowego może skutecznie poprawić jakość spawania.

Uzyskaj rozwiązania laserowe

Wybór odpowiedniej spawarki laserowej może pomóc zoptymalizować zużycie energii i osiągnąć wysoką wydajność operacyjną. Współpraca z zaufanym dostawcą zapewnia dostęp do zaawansowanej technologii, dostosowanych porad i stałego wsparcia. W AccTek Laser oferujemy kompleksową gamę urządzeń do spawania laserowego zaprojektowanych tak, aby sprostać różnorodnym potrzebom przemysłowym. Nasi eksperci pomogą Ci wybrać najbardziej energooszczędny model i konfigurację, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak rodzaj materiału, grubość i wielkość produkcji. Oferujemy również najnowocześniejsze funkcje, takie jak wysokowydajne generatory laserowe, inteligentne systemy chłodzenia i oprogramowanie do zarządzania energią, aby zmaksymalizować wydajność i zminimalizować zużycie energii. Ponadto nasz zespół zapewnia regularne usługi konserwacyjne i wsparcie techniczne, aby utrzymać Twój sprzęt na najwyższym poziomie wydajności. Współpracując z nami, możesz osiągnąć znaczne oszczędności energii, obniżyć koszty operacyjne i zwiększyć swoje wysiłki na rzecz zrównoważonego rozwoju. Jeśli masz jakiekolwiek pytania, skontaktuj się z nami na czas, AccTek Laser zobowiązuje się do dostarczania każdemu klientowi doskonałych rozwiązań laserowych!

Sprzęt laserowy

Informacje kontaktowe

Uzyskaj rozwiązania laserowe