Как толщина материала влияет на выбор параметров лазерной сварки?

Как эффективная и точная технология сварки, лазерная сварка широко используется в современном производстве. Она использует лазерный луч в качестве источника тепла, а лазерный генератор излучает лазерный луч высокой плотности энергии для расплавления и соединения материалов. По сравнению с традиционными методами сварки (сварка металлическим электродом в среде защитного газа (GMAW/MIG), сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW/TIG), сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW) и дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW)) лазерная сварка имеет много уникальных преимуществ, таких как высокая точность и высокая эффективность процесса сварки и меньшая зона термического влияния. Однако на эффект и качество лазерной сварки влияют многие факторы, среди которых толщина материала является ключевым фактором. В этой статье будет рассмотрено, как толщина материала влияет на выбор лазерный сварочный аппарат параметры и предоставить методы оптимизации для материалов различной толщины.

Основы лазерной сварки

Давайте узнаем о процессе лазерной сварки, основных компонентах и преимуществах по сравнению с традиционной сваркой.

Описание процесса лазерной сварки

Лазерная сварка — это процесс сварки, в котором лазерный луч используется в качестве источника тепла для плавления и соединения металлов или других материалов. Процесс включает следующие этапы:

Фокусировка лазерного луча: лазерный луч, излучаемый лазерным генератором, фокусируется на сварочной головке через оптическую систему.
Нагрев материала: Высокая плотность энергии лазерного луча нагревает материал до точки плавления, в результате чего материал локально плавится или испаряется.
Формирование ванны расплава: Расплавленный материал образует ванну расплава, а непрерывное воздействие лазерного луча поддерживает ванну расплава в жидком состоянии.
Затвердевание и соединение: когда лазерный луч перемещается или останавливается, расплавленная ванна остывает и затвердевает, завершая процесс сварки.

Существует два типа лазерной сварки: сварка теплопроводностью и сварка в замочную скважину.

Теплопроводная сварка: лазерный луч нагревает поверхность материала выше точки плавления материала, плавление происходит только на поверхности сварки, внутренняя часть заготовки не проникает полностью, и испарения в основном не происходит. Этот процесс в основном используется для сварки тонкостенных материалов. Теплопроводная сварка дает гладкие и красивые сварные швы.
Сварка в замочную скважину: При сварке в замочную скважину лазерный луч нагревает поверхность материала до точки испарения и проникает в материал. Материал испаряется, образуя небольшое отверстие. Отверстие, заполненное паром, поглощает почти всю энергию падающего луча. Равновесная температура в отверстии составляет около 2500 ℃. Тепло передается от внешней стенки высокотемпературного отверстия, чтобы расплавить металл вокруг отверстия. Замочная скважина заполнена высокотемпературным паром, образующимся при непрерывном испарении материала под воздействием луча. Лазерный луч непрерывно входит в отверстие, а материал снаружи отверстия непрерывно течет. По мере перемещения луча отверстие всегда находится в состоянии стабильного потока. То есть расплавленный металл вокруг небольшого отверстия и стенки отверстия движется вперед со скоростью луча. Расплавленный металл заполняет зазор, оставленный движением небольшого отверстия, а затем конденсируется, образуя сварной шов.

Ключевые компоненты систем лазерной сварки

Ключевыми компонентами системы лазерной сварки являются:

Лазерный генератор: генерирует и излучает лазерную энергию. Обычные лазерные генераторы включают волоконные лазерные генераторы, газовые лазерные генераторы и т. д.
Оптическая система: включает фокусирующие линзы и зеркала для регулировки и фокусировки лазерного луча.
Система передачи лазерного луча: система передачи лазерного луча от источника лазера к месту сварки.
Сварочная головка: включает в себя фокусирующее зеркало лазера, коллиматорное зеркало и сопло защитного газа для фактической сварки.
Система управления: используется для управления различными параметрами лазерной сварки, такими как мощность лазера, скорость сварки и т. д.

Преимущества лазерной сварки перед традиционными методами сварки

Лазерная сварка имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными методами сварки:

Качество сварки

Зона термического влияния лазерной сварки мала, поскольку плотность энергии лазерного луча высока, время нагрева короткое, а потери тепла малы, поэтому зона термического влияния материала мала, что может уменьшить деформацию, растрескивание, окисление и другие проблемы материала.
Отношение глубины к ширине сварного шва при лазерной сварке высокое, поскольку диаметр лазерного луча мал, а энергия сконцентрирована, поэтому можно сформировать глубокий и узкий сварной шов, что повышает прочность и герметичность сварки.
Сварной шов при лазерной сварке получается гладким и красивым, поскольку пятно лазерного луча стабильно, а положение и параметры сварки можно точно контролировать, что позволяет формировать гладкий и красивый сварной шов, сокращая последующую шлифовку и полировку.
При лазерной сварке возникает меньше дефектов сварки, поскольку при лазерной сварке не требуется использование вспомогательных материалов, таких как электроды, сварочные прутки и защитные газы, что позволяет избежать образования дефектов сварки, таких как загрязнение электродов, поры, шлаковые включения и трещины.

Эффективность сварки

Лазерная сварка имеет высокую скорость сварки. Поскольку плотность энергии лазерного луча высока, а время нагрева короткое, процесс сварки может быть завершен быстро, что повышает эффективность производства.
Лазерная сварка имеет высокую гибкость сварки. Поскольку лазерный луч является бесконтактным источником тепла, его можно передавать и контролировать с помощью оптоволокна, отражателя, робота и т. д., поэтому он может адаптироваться к различным сложным положениям и формам сварки, что повышает гибкость производства.
Лазерная сварка имеет высокую степень автоматизации сварки. Поскольку лазерная сварка может точно контролироваться и регулироваться компьютером или системой ЧПУ, она может достигать высокой степени автоматизации и интеллекта, сокращая ручное вмешательство и ошибки.

Применение сварки

Лазерная сварка обладает высокой степенью приспособляемости к материалам, поскольку источником тепла при лазерной сварке является бесконтактный источник тепла, который может сваривать различные металлические и неметаллические материалы, а также сваривать различные типы материалов для соединения разнородных материалов.
Лазерная сварка имеет высокую степень отраслевой адаптации, поскольку источник тепла лазерной сварки является эффективным источником тепла, позволяющим добиться высококачественной, высокоскоростной и высокоавтоматизированной сварки, поэтому ее можно применять в различных высокотехнологичных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, автомобильная, электронная, медицинская и т. д.

Влияние толщины материала на параметры сварки

Эффект лазерной сварки зависит от многих параметров, среди которых толщина материала является важным фактором. Толщина материала напрямую влияет на настройки параметров лазерной сварки, включая мощность лазера, длительность и частоту импульса, скорость сварки, положение фокуса и диаметр луча. Далее будет подробно рассмотрено, как эти параметры зависят от толщины материала.

Мощность лазера

Толщина материала напрямую влияет на выбор мощности лазера. Более толстые материалы требуют более высокой мощности лазера для обеспечения достаточного подвода тепла для расплавления всего сварного шва. Более тонкие материалы требуют более низкой мощности лазера для предотвращения перегрева и чрезмерного плавления. Выбор правильной мощности лазера может предотвратить дефекты сварки, такие как поры, неполная сварка и т. д.

Длительность и частота импульса

При импульсной лазерной сварке длительность и частота импульса также зависят от толщины материала. Для более тонких материалов меньшая длительность импульса и более высокая частота могут обеспечить быстрые циклы нагрева и охлаждения, тем самым улучшая качество сварки. Для более толстых материалов большая длительность импульса и более низкая частота могут обеспечить более достаточный ввод тепла для обеспечения качества сварки.

Скорость сварки

Скорость сварки напрямую связана с толщиной материала. Более толстые материалы обычно требуют более медленной скорости сварки, чтобы лазерный луч мог полностью проникнуть в материал и расплавить его. Более тонкие материалы могут использовать более быструю скорость сварки, чтобы избежать перегрева и расплавления материала. Разумная настройка скорости сварки может эффективно контролировать тепловложение во время процесса сварки, тем самым улучшая качество и прочность сварного соединения.

Положение фокуса

Положение фокуса лазера оказывает важное влияние на качество сварки. Для более тонких материалов фокус лазера обычно устанавливается вблизи поверхности материала, чтобы получить наилучший эффект сварки. Для более толстых материалов фокус лазера может потребоваться отрегулировать внутри материала, чтобы гарантировать, что лазерный луч может эффективно проникать и плавить материал. Правильное положение фокуса может обеспечить однородность и прочность сварного соединения.

Диаметр луча

Диаметр луча относится к диаметру выходного луча лазерного сварочного аппарата. В общем, чем меньше диаметр луча, тем лучше качество сварки. Более толстые материалы обычно требуют большего диаметра луча, чтобы обеспечить достаточную плотность энергии и глубину сварки. Более тонкие материалы могут использовать меньший диаметр луча, чтобы улучшить точность сварки и контроль деталей. При использовании необходимо выбрать соответствующий диаметр луча, чтобы обеспечить качество сварки.

Оптимизация параметров лазерной сварки для материалов различной толщины

В зависимости от толщины материала параметры лазерной сварки должны быть оптимизированы соответствующим образом, чтобы обеспечить качество и производительность сварного соединения. Ниже приведены предложения по оптимизации параметров лазерной сварки для материалов различной толщины:

Тонкие материалы (<1mm)

Мощность лазера: следует выбирать более низкую мощность лазера, чтобы избежать перегрева и чрезмерного плавления. Обычно выбирается в диапазоне от десятков до сотен ватт.
Длительность и частота импульса: более короткая длительность импульса и более высокая частота способствуют быстрому нагреву и охлаждению, снижая тепловые эффекты.
Скорость сварки: более высокие скорости сварки могут использоваться для повышения эффективности производства и предотвращения перегрева.
Положение фокусировки: для достижения наилучшего эффекта сварки фокус лазера следует устанавливать вблизи поверхности материала.
Диаметр луча: используйте меньший диаметр луча, чтобы повысить точность и детализированный контроль сварки.

Материалы средней толщины (1 мм-5 мм)

Мощность лазера: Для обеспечения глубины и качества сварки необходимо выбирать умеренную мощность лазера. Обычно выбирается в диапазоне от нескольких сотен ватт до киловатт.
Длительность и частота импульса: в зависимости от толщины конкретного материала выберите среднюю длительность и частоту импульса, чтобы сбалансировать эффекты нагрева и охлаждения.
Скорость сварки: следует выбирать среднюю скорость сварки в зависимости от толщины материала, чтобы обеспечить качество сварки и эффективность производства.
Положение фокуса: Фокус лазера должен быть установлен в середине материала, чтобы обеспечить глубину и равномерность сварки.
Диаметр луча: выберите средний диаметр луча, чтобы сбалансировать распределение энергии и точность сварки.

Толстый материал (>5 мм)

Мощность лазера: необходимо выбрать более высокую мощность лазера, чтобы обеспечить достаточный ввод тепла для обеспечения глубины и качества сварки. Обычно выбирается в диапазоне нескольких киловатт.
Длительность и частота импульса: более длительная длительность импульса и более низкая частота могут обеспечить более достаточный подвод тепла для плавления более толстых материалов.
Скорость сварки: следует выбирать более низкую скорость сварки, чтобы лазерный луч мог эффективно проникать в материал и плавить его.
Положение фокуса: Фокус лазера должен быть установлен внутри материала, чтобы гарантировать, что лазерный луч может эффективно проникать и плавить материал.
Диаметр луча: используйте больший диаметр луча, чтобы обеспечить достаточную плотность энергии и глубину сварки.

Подведем итог

Как эффективная и точная технология сварки, лазерная сварка зависит от многих факторов, среди которых толщина материала является ключевым фактором. Толщина материала напрямую влияет на выбор параметров лазерной сварки, включая мощность лазера, длительность и частоту импульса, скорость сварки, положение фокуса и диаметр луча. Для материалов различной толщины разумная настройка параметров лазерной сварки может эффективно улучшить качество сварки.

Получить лазерные решения

Выбор правильного лазерного сварочного аппарата может помочь оптимизировать энергопотребление и достичь высокой эксплуатационной эффективности. Работа с надежным поставщиком обеспечивает доступ к передовым технологиям, индивидуальным консультациям и постоянной поддержке. В AccTek Laser мы предлагаем полный спектр лазерного сварочного оборудования, предназначенного для удовлетворения различных промышленных потребностей. Наши специалисты могут помочь вам выбрать наиболее энергоэффективную модель и конфигурацию, принимая во внимание такие факторы, как тип материала, толщина и объем производства. Мы также предлагаем передовые функции, такие как высокоэффективные лазерные генераторы, интеллектуальные системы охлаждения и программное обеспечение для управления энергопотреблением, чтобы максимизировать производительность и минимизировать потребление энергии. Кроме того, наша команда предоставляет регулярные услуги по техническому обслуживанию и техническую поддержку, чтобы поддерживать ваше оборудование на пике эффективности. Сотрудничая с нами, вы можете добиться значительной экономии энергии, сократить эксплуатационные расходы и повысить свои усилия по обеспечению устойчивого развития. Если у вас есть какие-либо вопросы, свяжитесь с нами вовремя, AccTek Laser стремится предоставить каждому клиенту идеальные лазерные решения!

Лазерное оборудование

Контактная информация

Получить лазерные решения