Анализ технологии лазерной сварки: Процесс и техника | MachineMFG

Анализ технологии лазерной сварки: Процесс и техника

0
(0)

1. Параметры процесса лазерной сварки

Технологические параметры лазерной сварки

1.1 Плотность мощности

Плотность мощности - важнейший параметр лазерной обработки. Более высокая плотность мощности может быстро нагреть поверхностный слой до температуры кипения за микросекунды, что приведет к значительному испарению. Таким образом, высокая плотность мощности выгодна для процессов удаления материала, таких как резка, резьба и сверление.

С другой стороны, при более низкой плотности мощности температура поверхности достигает точки кипения за несколько миллисекунд. Это позволяет нижнему слою достичь точки плавления до того, как испарится поверхностный слой, что облегчает создание прочного сварного шва. Таким образом, плотность мощности для проводимости лазерная сварка обычно находится в диапазоне от 10^4 до 10^6 Вт/см².

1.2 Форма волны лазерного импульса

Форма волны лазерного импульса является решающим фактором в лазерная сваркаВ частности, для сварки листов.

Когда высокоинтенсивный лазерный луч попадает на поверхность материала, от 60% до 98% энергии лазера на металлическая поверхность отражается и теряется. Эта отражательная способность зависит от температуры поверхности и изменяется соответствующим образом.

Отражательная способность металла сильно колеблется во время лазерного импульса.

1.3 Ширина лазерного импульса

Ширина импульса является важным параметром в импульсная лазерная сварка. Она не только отличается от удаления и плавления материала, но и является важнейшим фактором, определяющим стоимость и объем технологического оборудования.

1.4 Влияние величины расфокусировки на качество сварки

Лазерная сварка обычно требует определенной степени расфокусировка из-за высокой плотности мощности в центре лазерного фокусного пятна, что может легко привести к испарению и образованию отверстий. С другой стороны, распределение плотности мощности относительно равномерно в плоскости, удаленной от лазерный фокус.

Имеется два режима расфокусировки: положительная и отрицательная расфокусировка. Положительная расфокусировка происходит, когда фокальная плоскость находится над заготовкой, а отрицательная - когда под ней.

Согласно теории геометрической оптики, плотность мощности на соответствующих плоскостях примерно одинакова, когда положительное и отрицательное разделения равны. Однако в реальности форма расплавленного бассейна иная.

Отрицательная расфокусировка может привести к большему проникновению, что связано с процессом формирования расплавленного бассейна. Экспериментальные результаты показывают, что материал начинает плавиться в течение 50-200 с после нагрева лазером, образуя жидкую фазу металла, испарение и пар коммерческого давления, который излучает ослепительный белый свет с очень высокой скоростью.

В то же время высокая концентрация паров заставляет жидкий металл перемещаться к краю расплавленного бассейна, создавая углубление в центре расплавленного бассейна.

При использовании отрицательной дефокусировки внутренняя плотность энергии материала выше, чем поверхностная, что облегчает плавление и испарение. Это позволяет передать световую энергию в более глубокую часть материала, что приводит к большему проникновению. Таким образом, отрицательная расфокусировка должна использоваться для большего проникновения, а положительная расфокусировка - при сварке тонких материалов в практическом применении.

2. Технология лазерной сварки

1) Сварка между листами

Она включает в себя стыковая сваркаСварка встык, сварка с проплавлением по центру и сварка с перфорацией по центру.

2) Сварка проволокой к проволоке

Она включает в себя стыковую сварку "проволока к проволоке", сварку крестом, параллельную сварку внахлест и Т-образную сварку.

3) Сварка проволоки и блочного элемента

Лазерная сварка может быть использован для успешного соединения провода и блочного элемента, а размер блочного элемента может быть произвольным.

Следует обратить внимание на геометрические размеры проволочного элемента при сварке.

4) Сварка различные металлы

Сварка различных металлов

Для сварки различных типов металлов необходимо определить их свариваемость и диапазон свариваемых параметров.

Важно отметить, что лазерная сварка может быть выполнена только между определенными комбинациями материалов.

В то время как лазерная пайка может не подойти для соединения определенных компонентов, лазеры можно использовать в качестве источника тепла для пайки и припоя, которые также обладают преимуществами лазерной сварки.

Существует множество методов пайки, но лазерная пайка в основном используется для пайки печатных плат (ПП), особенно в технологии сборки пластин.

3. Aпреимущества из лазерная пайка

  1. Локальный нагрев снижает риск термического повреждения элемента и создает небольшую зону теплового воздействия, что позволяет производить пайку вблизи термоэлемента.
  2. Бесконтактный нагрев позволяет расплавить полосу без использования вспомогательных инструментов. Это позволяет обрабатывать двусторонние печатные платы после установки двусторонних компонентов.
  3. Стабильность повторяющихся операций в сочетании с минимальным загрязнением сварочного инструмента флюсом делают лазер пайка благоприятный вариант. Кроме того, время лазерного облучения и выходная мощность легко контролируются, что обеспечивает высокую производительность лазерной пайки.
  4. Лазерный луч можно легко разделить с помощью таких оптических элементов, как полулинзы, зеркала, призмы и сканирующие зеркала. Это позволяет выполнять одновременную симметричную сварку нескольких точек.
  5. При лазерной пайке в качестве источника тепла используется лазер с длиной волны 1,06 мкм, который может передаваться по оптическому волокну. Это позволяет обрабатывать детали, которые трудно сварить обычными методами, обеспечивая большую гибкость.
  6. Лазерный луч имеет хорошую фокусировку и легко автоматизируется для многостанционных устройств.

4. Лазерная сварка глубокого проникновения

Лазерная сварка глубокого проникновения

4.1 Теория металлургических процессов и технологий

Металлургический процесс лазерной сварки глубокого проникновения похож на электронно-лучевую сварку, так как оба опираются на структуру "маленького отверстия" для полного преобразования энергии.

Когда плотность мощности достаточно высока, материал испаряется, образуя небольшое отверстие. Это отверстие заполнено паром и действует как черное тело, поглощая почти всю энергию падающего света. Равновесная температура в полости отверстия составляет около 25000 градусов.

Тепло передается от внешней стенки высокотемпературной полости и расплавляет окружающий ее металл. Отверстие постоянно заполняется высокотемпературным паром, образующимся в результате испарения материала стенки под воздействием светового луча.

Четыре стенки отверстия окружены расплавленным металлом, который, в свою очередь, окружен твердым материалом. Жидкий металл снаружи отверстия течет и находится в динамическом равновесии с постоянным давлением пара внутри полости отверстия.

При движении луча отверстие остается стабильным. Это означает, что шпоночное отверстие и расплавленный металл, окружающий отверстие, движутся вперед со скоростью ведущего луча. Расплавленный металл заполняет зазор, оставленный движущимся шпоночным отверстием, и сгущается, образуя сварной шов.

4.2 Влияющие факторы

Факторы, влияющие на лазерную сварку глубокого проникновения, следующие мощность лазераДиаметр лазерного луча, поглощающая способность материала, скорость сварки, защитный газ, фокусное расстояние линзы, положение фокуса, положение лазерного луча, а также контроль увеличения и уменьшения мощности лазера в начале и конце сварки.

4.3 Характеристики лазерной сварки глубокого проникновения

1) Высокое соотношение сторон

Поскольку расплавленный металл формируется вокруг цилиндрической полости высокотемпературного пара и распространяется на заготовку, сварной шов получается глубоким и узким.

2) Минимальный расход тепла

Из-за высокой температуры в полости источника, высокой скорости процесса плавления и низкого подвода тепла к заготовке, термическая деформация и зона термического влияния очень малы.

3) Высокая плотность

Поскольку небольшое отверстие, заполненное высокотемпературным паром, способствует перемешиванию сварочной ванны и выходу газов, что приводит к образованию непористого проплавления при сварке.

Высокая скорость охлаждения после сварки позволяет легко улучшить микроструктуру сварного шва.

4) Усильте сварной шов.

5) Точное управление.

6) Бесконтактный, атмосферный процесс сварки.

4.4 Преимущества лазерной сварки глубокого проникновения

  1. Скорость сварки выше при использовании сфокусированного лазерного луча благодаря более высокой плотности мощности по сравнению с традиционными методами. Кроме того, с его помощью можно сваривать такие тугоплавкие материалы, как титан и кварц с меньшими зонами термического воздействия и меньшей деформацией.
  2. Простота передачи и управления лазерным лучом устраняет необходимость частой смены горелок и сопел, что приводит к сокращению времени простоя, повышению коэффициента загрузки и эффективности производства.
  3. Очистка и высокая скорость охлаждения способствуют повышению прочности сварочного шва и общей производительности.
  4. Благодаря низкому тепловыделению и высокой точности обработки лазерная сварка снижает затраты на переработку, что делает ее экономически эффективным решением.
  5. Лазерная сварка позволяет легко автоматизировать и эффективно контролировать интенсивность луча и точное позиционирование.

4.5 Оборудование для лазерной сварки глубокого проникновения

В целом, углеродистая сталь демонстрирует хорошие эффекты лазерной сварки, а качество сварки в первую очередь зависит от содержания примесей.

Как и в других сварочных процессах, сера и фосфор являются факторами, которые могут повлиять на чувствительность к сварочные трещины.

Для достижения удовлетворительного качества сварки необходим предварительный подогрев, когда содержание углерода превышает 0,25%.

При сварке сталей с разным содержанием углерода рекомендуется слегка наклонять сварочную горелку в сторону материалов с низким содержанием углерода, чтобы обеспечить качество шва.

Из-за высокого содержания серы и фосфора низкоуглеродистая рифленая сталь непригодна для лазерной сварки.

Благодаря низкому содержанию примесей, сварочный эффект низкоуглеродистой убитой стали превосходен.

Средне- и высокоуглеродистые стали и обычные легированные стали также могут быть эффективно сварены лазером. Однако для устранения напряжений и предотвращения образования трещин необходимы предварительный нагрев и послесварочная обработка.

5. Лазерная сварка стальных материалов

Лазерная сварка стальных материалов

5.1 Лазерная сварка углеродистой стали и обычной легированной стали

В целом, углеродистая сталь демонстрирует хорошие показатели лазерной сварки, а качество сварки зависит от содержания примесей.

Похожие на другие методы сваркиСера и фосфор являются основными факторами, которые могут привести к образованию сварочных трещин.

Когда содержание углерода превышает 0,25%, для достижения желаемого результата необходим предварительный нагрев. качество сварки.

При сварке сталей с разным содержанием углерода наклон сварочной горелки в сторону с меньшим содержанием углерода может обеспечить качество соединения.

Лазерная сварка не рекомендуется для низкоуглеродистой рифленой стали из-за высокого содержания серы и фосфора.

Низкоуглеродистая убитая сталь показывает отличные результаты сварки благодаря низкому содержанию примесей.

Средне- и высокоуглеродистые стали, а также обычные легированные стали могут эффективно свариваться лазером, но для устранения напряжений и предотвращения образования трещин требуется предварительный подогрев и послесварочная обработка.

5.2 Лазерная сварка нержавеющей стали

В общем, лазерная сварка нержавеющей стали легче получить высококачественные соединения, чем при обычной сварке. Это объясняется тем, что небольшая зона термического влияния при высокой скорости сварки делает сенсибилизацию менее проблематичной.

По сравнению с углеродистой сталью, нержавеющая сталь, обладая более низкой теплопроводностью, позволяет легче получать сварные швы с глубоким проплавлением и узкие швы.

5.3 Лазерная сварка различных металлов

Высокая скорость охлаждения и малая зона термического влияния при лазерной сварке создают благоприятные условия для совместимости материалов с различной структурой после расплавления множества различных металлов.

Доказано, что успешно свариваются следующие металлы: нержавеющая сталь и низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь 416 и нержавеющая сталь 310, нержавеющая сталь 347 и никелевый сплав хастеллой, никелевый электрод и холоднокованая сталь, а также биметаллические полосы с различным содержанием никеля.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх