Kif l-Ammont ta 'Defocus Jaffettwa l-Kwalità tar-Raġġ tal-Lejżer u l-Prestazzjoni tal-Weldjatura fl-Azzar Stainless 304

It-teknoloġija tal-lejżer hija waħda mill-erba 'skoperti li jiddefinixxu tas-seklu 20 flimkien mal-informatika, is-semikondutturi u l-enerġija nukleari, u issa tintuża f'komunikazzjonijiet ottiċi, sistemi mediċi, spezzjoni u ipproċessar tal-materjali. Fi ħdan l-ipproċessar tal-materjali, l-immarkar bil-lejżer, it-tqattigħ, it-tħaffir u l-iwweldjar kollha mmaturaw f'teknoloġiji ta 'produzzjoni affidabbli. Fost dawn, l-iwweldjar bil-lejżer kiseb attenzjoni dejjem tikber minħabba li joffri vantaġġi ċari fuq TIG u l-iwweldjar tar-reżistenza fl-input tas-sħana, il-profil tal-weldjatura u l-potenzjal ta 'awtomazzjoni.

Il-benefiċċji ewlenin tal-iwweldjar bil-lejżer huma:

• Żgħir ħafnais-sħana-żona affettwata (HAZ)
• Għoliproporzjon tal-fond-għall--wisa'fil-weldjatura
• Saħħa konġunta għolja
• Saħħa konġunta fi jew 'il fuq mill-metall prinċipali
• Kunsinna tar-raġġ faċli permezz ta 'fibra flessibbli għall-awtomazzjoni

Sorsi komuni tal-lejżers jinkludu lejżers tas-CO₂, lejżers tad-diska, lejżers Nd:YAG, lejżers tal-fibra, u lejżers dajowd. Fost dawn, il-laser tal-fibrahija l-aktar direzzjoni moderna, li toffri:

• Effiċjenza elettrika-għa-ottika għolja (sa ~30%)
• Footprint kompatt
• Manutenzjoni baxxa u ħajja twila ta 'servizz
• Tajjeb qawwi għall-iwweldjar ta 'l-istainless steel u l-ligi ta' l-aluminju

Il-laser tal-fibra pulsata kważi-kontinwu (QCW).żviluppata minn IPG Photonics tirrappreżenta klassi ta' sors ta' fruntiera, li tagħti qawwa massima għolja b'wisgħat tal-polz li jestendu fil-medda ta' millisekonda - imqabbla sew mal-iwweldjar tal-metall u l-mikro-iwweldjar ta 'partijiet irqaq. Għalkemm adottata b'mod wiesa 'fl-elettronika u l-iwweldjar ta' preċiżjoni, it-tieqa tal-proċess għal lasers tal-fibra QCW għadha tirċievi attenzjoni ppubblikata limitata. Dan l-artikolu jiffoka fuq waħda mill-varjabbli tal-proċess l-aktar kritiċi -pożizzjoni fokali, espressa bħala ammont defocus- u turi, permezz ta' esperimenti kkontrollati, kif id-defocus jifforma l-kwalità tar-raġġ, id-dehra tal-weldjatura, il-penetrazzjoni tal-weldjatura, u s-saħħa tal-ġonta fuq ġonta tal-ħoġor tal-istainless steel 304. Għal ħarsa usa 'tal-pajsaġġ tal-iwweldjar bil-lejżer, ara l-gwida tagħna dwarprinċipji u modi tal-iwweldjar bil-lejżer.

2.1 Tagħmir għall-Iwweldjar

A 150 W QCW pulsati f'fibra laserserva bħala s-sors tal-iwweldjar għal dan l-istudju. Parametri tekniċi rappreżentattivi ta' din il-klassi ta' sors huma miġbura fil-qosor hawn taħt (valuri tipiċi tal-industrija; iċ-ċifri attwali jvarjaw skont il-mudell, il-konfigurazzjoni, u l-applikazzjoni - jirreferu għall-iskeda tad-dejta tal-fornitur għal valuri garantiti).

Tabella 1 - Speċifikazzjonijiet tipiċi għal laser tal-fibra pulsata QCW tal-klassi 150 W (valuri ta' referenza tipiċi tal-industrija-, mhux garantiti)

Il-valuri murija hawn fuq huma figuri ta' referenza tipiċi tal-industrija- għal laser tal-fibra pulsati QCW ta' klassi 150 W, mhux l-ispeċifikazzjonijiet garantiti ta' kwalunkwe unità speċifika tal-King's Laser. Għal speċifikazzjonijiet preċiżi, jekk jogħġbok ikkuntattja lil info@kingslaser.com jew żur il-paġna tal-prodott King's Laser għall-mudell attwali f'din il-klassi.

Ir-ras tal-ipproċessar tal-lejżer titmexxa relattiva għall-biċċa tax-xogħol permezz ta 'pjattaforma tal-moviment X/Y/Z biex twettaq l-iwweldjar tal-ħjata. Il-kontrollur tal-moviment jissinkronizza l-pożizzjoni tar-ras bl-isparar tal-lejżer sabiex l-emissjoni tibda biss meta r-ras tilħaq post programmat.

Għal aktar dwar x'jiddefinixxi din il-klassi tal-laser u fejn tintuża, arax'inhu l-iwweldjar bil-laser tal-fibra QCW, id-diskussjoni usa' ta'Iwweldjar bil-lejżer QCW iffurmar mill-ġdid applikazzjonijiet industrijali, u l-bażisors ta' laser tal-fibra kważi-kontinwu. Biex tara unità ta 'produzzjoni rappreżentattiva, irreferi għall-Laser tar-ReMagna tal-iwweldjar bil-lejżer tal-fibra QCW b'6 assi.

2.2 Materjali u Preparazzjoni

Il-materjal bażi f'dan l-istudju kienAzzar li ma jissaddadx 304irranġat bħala ġonta tal-ħoġor: folja ta 'fuq ta' 0.2 mm ħxuna, folja ta 'qiegħ ta' 0.5 mm ħoxna, kull qatgħa għal 100 mm × 50 mm.

Il-preparazzjoni tal-wiċċ saret f'żewġ passi tas-solvent: l-ewwel aċetun, imbagħad imsaħ isopropanol, biex jitneħħew żjut, ossidi, u kontaminanti oħra li jistgħu jikkompromettu l-integrità tal-weldjatura. Apparat apposta applika pressjoni uniformi madwar il-ġonta biex jimminimizza t-tneħħija tal-wiċċ. Dan il-pass huwa importanti għaliex:

• Ittejjeb it-trasferiment tas-sħana bejn iż-żewġ folji waqt l-iwweldjar
• Tippromwovi fond ta 'penetrazzjoni konsistenti
• Inaqqas ir-riskju ta 'nuqqas ta' fużjoni u porożità

Għall-istainless steel 304 speċifikament, it-tqabbil tal-gass protettiv it-tajjeb mal-preparazzjoni tal-wiċċ huwa kritiku - ara l-gwida dwarGħażla tal-gass tal-ilqugħ għall-iwweldjar tal-istainless steel. U peress li l-biċċa l-kbira tad-difetti tal-weldjatura jibdew mill-wiċċ, it-tindif ta' qabel-weldjatura waħdu jista' jneħħi sa 70% minnhom - jesplora d-dejta f'it-tindif bil-lejżer issolvi 70% tad-difetti tal-iwweldjar.

2.3 Id-determinazzjoni tal-Pożizzjoni Fokali tal-Laser

Il-fatturi ewlenin li jiddeterminaw ir-riżultati tal-iwweldjar bil-lejżer huma l-ogħla qawwa, il-wisa 'tal-polz, u l-ammont ta' defocus (id-distakk bejn il-punt fokali u l-wiċċ tal-biċċa tax-xogħol). Minn dawn, l-ammont defocus huwa l-aktar sensittiv.

Definizzjoni - Defocus:Defocus pożittiv ifisser li l-punt fokali jinsab fuq il-wiċċ tal-biċċa tax-xogħol; defocus negattiv ifisser li l-punt fokali jinsab taħt il-wiċċ.

L-aktar metodu affidabbli biex jinstab il-punt fokali huwa l-metodu ta 'kalibrazzjoni ta' l-istainless steel trijangolari:

1. Nagħraf polz tal-lejżer ta'-enerġija baxxa (madwar 50 W) fuq pjanċa tal-istainless steel; l-ispark l-aktar qawwi jindika l-pjan fokali.
2. Poġġi blokka trijangolari ta 'l-istainless steel ħdejn dak il-pjan fokali u linji scribe kull ~2 mm li jibdew minn 0.5 mm. Taħt mikroskopju, l-iżjed linja miktuba dejqa timmarka l-pożizzjoni fokali.

Il-kwalità tar-raġġ ġiet imkejla b'profiler tar-raġġ, sonda tal-lejżer u attenwatur tar-raġġ. Bis-sonda inizjalment fil-punt fokali, ir-ras ta 'l-ipproċessar tgħolli f'passi ta' 1 mm biex jiġu stabbiliti valuri ta 'defocus ta' 0, 1, 2, 3, u 4 mm.

Figura 1 - Kwalità tar-raġġ tal-lejżer (distribuzzjoni tal-enerġija spot) versus ammont ta' defocus.

• F'defocus ta '0 mm, l-enerġija tal-laser hija kkonċentrata fiċ-ċentru tal-post.
• Hekk kif tiżdied id-defocus, id-distribuzzjoni tal-enerġija fuq il-post issir progressivament aktar uniformi.
• F'defocus ta' 3 mm, id-distribuzzjoni hija l-aktar bilanċjata.
• F'defocus ta '4 mm, id-distribuzzjoni tibda tinfirex u terġa' titlef l-uniformità.

Fil-prattika, il-każ ta' 3 mm joffri l-aħjar kompromess-bejn id-daqs tal-post u d-densità tal-ogħla qawwa għall-iwweldjar tal-folji-rqaq.

4.1 Effett fuq il-Morfoloġija tal-Punt tal-Weldjatura

Il-biċċa tax-xogħol tqiegħdet fil-punt fokali bl-ogħla qawwa u l-wisa 'tal-polz ramped fuq sakemm dehret marka ċara fuq in-naħa ta' wara tal-folja tal-qiegħ. F'dan it-test, l-ogħla qawwa kienet 500 W u l-wisa 'tal-polz kienet 3 ms. Dawn il-parametri mbagħad inżammu kostanti filwaqt li d-defocus kien varjat f'żidiet ta '1 mm; id-dehra tal-post tal-weldjatura ġiet irreġistrata f'kull pass.

Figura 2 - Id-dehra tal-post tal-weldjatura kontra l-ammont ta' defocus.

Osservazzjonijiet:

• F'defocus 0 – 1 mm, il-post tal-weldjatura huwa l-iżgħar u juri spatter viżibbli. Il-kawża hija l-konċentrazzjoni tal-enerġija fiċ-ċentru tal-post, li tipproduċi densità għolja ta 'enerġija lokali u ħruġ ta' materjal.
• Hekk kif id-defocus ikompli jiżdied, il-post tal-weldjatura jsir aktar uniformi u tisparixxi t-tixrid, li jirriżulta mill-profil tar-raġġ aktar uniformi.
• Defocus 'il fuq minn 4 mm, it-tond tiddegrada u l-post jiċkien ftit - probabbli minħabba li l-enerġija tar-raġġ tinfirex fit-truf tal-post.

Madwar 0 – 3 mm defocus, id-dijametru tal-post tal-weldjatura kiber minn 0.4 mm għal 0.5 mm: defocus akbar jipproduċi post tal-wiċċ akbar u għalhekk spot akbar tal-weldjatura. F'defocus ta '4 mm id-dijametru tal-post reġa' naqas, minħabba li l-enerġija fit-tarf tal-post m'għadhiex biżżejjed biex idub kompletament il-materjal minkejja li l-post huwa ġeometrikament akbar.

Figura 3 - Id-dijametru tal-post tal-weldjatura kontra l-ammont ta' defocus.

4.2 Effett fuq il-Fond tal-Penetrazzjoni tal-Weldjatura

-Sezzjonijiet trasversali ġew ippreparati billi qatgħu tul it-tarf tal-post tal-weldjatura, segwiti minn tħin oħxon, tħin fin, u illustrar. Iċ-ċentru tal-weldjatura ġie spezzjonat waqt l-illustrar, imbagħad inċiżi b'soluzzjoni ta 'aċidu nitriku + alkoħol biex jiżvela l-fond tal-penetrazzjoni f'kull valur ta' defocus.

Osservazzjonijiet:

• F'defocus ta '0 - 1 mm, il-fond tal-penetrazzjoni huwa fil-massimu tiegħu, u jilħaq fil-folja tal-qiegħ.
• F'defocus ta '2 - 3 mm, il-fond tal-penetrazzjoni jsir inqas baxx, u jilħaq biss madwar nofs il-ħxuna tal-folja tal-qiegħ.
• F'defocus ta' 4 mm, il-penetrazzjoni tonqos drastikament, u tilħaq biss madwar wieħed-terz tal-ħxuna tal-folja tal-qiegħ.

Figura 4 - Il-fond tal-penetrazzjoni tal-weldjatura kontra l-ammont ta' defocus.

4.3 Effett fuq is-Saħħa tat-tensjoni tal-Weldjatura

Is-saħħa tat-tensjoni -spot waħda tkejjel fuq magna tal-ittestjar tat-tensjoni bil-folja tal-qiegħ ffissata u l-folja ta 'fuq miġbuda 'l fuq. Biex tiġi żgurata l-eżattezza, ġew ittestjati tliet kampjuni f'kull sett ta 'parametri u r-riżultati medja.

Valuri ta' defocus ta' 0, 1, 2, 3, u 4 mm ipproduċew saħħiet tat-tensjoni ta'7 N, 8 N, 11 N, 15 N, u 6 N, rispettivament.

It-tendenza ġenerali: is-saħħa tat-tensjoni titla 'b'defocus, minħabba li d-defocus akbar tkabbar il-post tal-weldjatura u - l-aktar importanti - il-wisa' tal-kuntatt bejn iż-żewġ folji, li jmexxi direttament is-saħħa tal-ġonta. F'defocus ta '4 mm, is-saħħa terġa' taqa ', x'aktarx minħabba li l-kwalità tar-raġġ tiddegrada u l-post isir akbar iżda aktar baxx fid-densità tal-qawwa, u jnaqqas kemm il-penetrazzjoni kif ukoll is-saħħa.

Sejba ewlenija:Is-saħħa tat-tensjoni-spot waħda fuq l-istainless steel 304 laħqet il-quċċata15 N fi 3 mm defocus, fejn il-morfoloġija tal-post tal-weldjatura kienet ukoll l-aktar konsistenti.

Tabella 2 - Sommarju tal-effett tad-defocus fuq il-post tal-weldjatura, il-penetrazzjoni, u s-saħħa tat-tensjoni

Iċ-ċifri ta 'hawn fuq jirriproduċu l-valuri mkejla rrappurtati fl-istudju Ċiniż oriġinali fuq laser tal-fibra QCW ta' 150 W b'304 ġonot tal-ħoġor tal-istainless steel f'500 W peak / wisa 'tal-polz ta' 3 ms. Huma data ta 'referenza għall-inġiniera tal-proċess, mhux kriterji ta' aċċettazzjoni garantiti għal kwalunkwe applikazzjoni speċifika. Dejjem ivvalida permezz ta 'ttestjar ta' kampjuni fuq il-materjal, il-ħxuna u l-apparat attwali tiegħek qabel ir-rilaxx tal-produzzjoni.

Meta t-tixrid, il-porożità, jew in-nuqqas ta 'fużjoni jidhru fil-produzzjoni, il-kawża ewlenija hija ġeneralment nuqqas ta' tqabbil tal-parametri, għażla ta 'gass protettiv jew kontaminazzjoni tal-wiċċ. Il-fluss dijanjostiku fildifetti u soluzzjonijiet komuni tal-iwweldjar bil-lejżerjimxi permezz ta' kif tidentifika liema fattur huwa responsabbli.

Dan l-istudju kejjel il-profil tar-raġġ tal-lejżer fuq valuri differenti ta' defocus u sab li hekk kif id-defocus jiżdied id-distribuzzjoni tal-enerġija spot issir aktar uniformi - iżda lil hinn minn 4 mm id-distribuzzjoni terġa' tibda tinfirex.

Permezz ta 'l-iwweldjar tal-ġonta tal-ħoġor tal-istainless steel 304, bil-fatturi l-oħra kollha miżmuma kostanti, li tvarja l-ammont ta' defocus tbiddel id-dehra tal-post tal-weldjatura, id-daqs tal-post, il-fond tal-penetrazzjoni u s-saħħa tat-tensjoni. L-aħjar tieqa tal-proċess trid tissodisfa kemm id-dehra kif ukoll is-saħħa fl-istess ħin.

Aspetti ewlenin:

• Hekk kif id-defocus jiżdied, il-kwalità tal-weldjatura titjieb u s-saħħa tat-tensjoni tiżdied.
• FlDefocus 3 mm, l-uniformità tal-post tal-weldjatura u s-saħħa tat-tensjoni huma t-tnejn fl-aħjar tagħhom għal din il-ġeometrija.
• Lil hinn mill-defocus ta '3 mm, kemm is-saħħa kif ukoll il-kwalità jerġgħu jonqsu.

Għal ħarsa usa' tas-sorsi, il-modi, u l-applikazzjonijiet tal-iwweldjar - inkluż l-iwweldjar bit-toqba tas-sejħiet, l-għażla tal-laser tal-fibra, u kif tagħżel bejn sistemi li jinżammu fl-idejn, awtomatizzati, u QCW għall-ħanut tiegħek - tesplora l-sħiħMagni tal-iwweldjar bil-lejżerkategorija jew ikkuntattja lil King's Laser engineering fuqinfo@kingslaser.comgħal kampjun ta'-evalwazzjoni tal-qtugħ fuq il-materjal attwali tiegħek.