1. Введение
В современном промышленном производстве лазерная сварка технология с ее преимуществами высокой точной и высокой плотности энергии широко используется для соединения различных материалов. Однако при работе с материалами с высокой отражательной способностью (такими как медь, алюминий и их сплавы), процесс лазерной сварки усложняется из -за высоких характеристик отражательной способности материалов, что оказывает много влияния на эффект сварки. В - глубокое исследование механизма взаимодействия между материалами с высокой отражательной способностью и лазерными сварщиками имеет решающее значение для оптимизации процесса сварки и улучшения качества сварки.
2. Характеристики материалов с высокой отражательной способностью и их влияние на поглощение энергии лазерной энергии
(2.1) отражающие характеристики материалов с высокой отражательной способностью
Высокая - отражательная способность материалов (принимая медь и алюминий в качестве примеров) имеют чрезвычайно высокую отражательную способность для лазера. В диапазоне инфракрасных длин волн (например, 1064 нм), обычно используемых в лазерной сварке, отражательная способность алюминия может достигать 80% - 90%, а отражательная способность меди еще выше. Эта высокая характеристика отражательной способности затрудняет эффективное поглощение лазерной энергии материалами. Отражено большое количество лазерной энергии, которая не только вызывает энергетические отходы, но и может повредить оптическим компонентам (таким как фокусирующие линзы, защитные линзы и т. Д.) Лазерного сварочного оборудования, влияющего на срок службы оборудования.
(2.2) Влияние поглощения энергии на процесс сварки
Из -за сложности в исходном поглощении энергии требуется более высокая лазерная мощность для запуска процесса сварки при сварке материалов с высокой отражательной способностью. Тем не менее, чрезмерно высокая мощность принесет новые проблемы, такие как мгновенная испарение материалов для формирования плазменного облака. Плазменное облако будет дополнительно отражать и разбросать лазер, что приводит к колебаниям эффективной лазерной энергии, достигающей поверхности материала, и таким проблемам, как нестабильное проникновение сварки и плохое образование сварки (такие как подрез, горб, пористость и другие дефекты). В то же время нестабильность поглощения энергии также затрудняет управление тепловым входом во время сварки, влияя на механические свойства сварного соединения.
3. Ключевые проблемы и проявления в лазерной сварке материалов с высокой отражательной способностью
(3.1) Дефекты формирования сварки
Проблема пористости: Во время сварки материалов с высокой отражательной способностью, из -за нестабильности поглощения энергии, процессы плавления и затвердевания материалов неравномерны, что легко затрудняет газы (такие как влажность и воздух, адсорбированные на поверхности материала, или газы, генерируемые металлическими испарениями во время сварки), чтобы сбежать во времени, формируя поризативность в Weld. Пористость снизит компактность и прочность сварного шва, влияя на качество продукта.
Непоследовательная ширина сварной шерсти и подрезка: Колебания лазерной энергии приводит к нестабильности площади плавления материала, и трудно контролировать ширину сварного шва. Когда локальная энергия будет слишком высокой, она вызовет чрезмерное плавление края сварки, образуя дефект с подкодом, который ослабляет прочность сварного шва и снижает усталостные характеристики сустава.
(3.2) Плохая стабильность сварки
Отражающие характеристики материалов с высокой отражательной способностью делают обратную связь энергии в комплексе процесса лазерного сварки, что легко вызывает нестабильность процесса сварки. Например, отраженный свет может мешать режиму лазерного колебания, вызывая колебания в выходной мощности лазера; Или из -за динамического изменения плазменного облака взаимодействие между лазером и материалом нестабильно, что приводит к таким проблемам, как прерывание сварки и прерывистые сварные швы, которые серьезно влияют на эффективность производства и согласованность продукта.
4. Стратегии для решения проблем с лазерной сваркой с высокой отражательной способностью
(4.1) Оптимизация лазерного оборудования и процессов
Регулировка длины волны и режима: Используйте лазерные длины волны, которые более подходят для поглощения материалов с высокой отражательной способностью, таких как зеленый свет (532 нм) или синий свет (450 нм). По сравнению с инфракрасным освещением скорость поглощения этих короткоклаволно -длинных лазеров с помощью материалов с высокой отражательной способностью значительно улучшается. В то же время оптимизируйте лазерный режим, такой как использование импульсных лазеров с высокой пиковой мощностью, и используйте эффект «абляции» материала под импульсным действием для разрушения слоя высокой отражательной способности на поверхности материала и увеличения поглощения последующей энергии лазера.
Оптимизация мощности и параметров импульса: Разумно устанавливают такие параметры, как лазерная мощность, ширина импульса и частота. Например, для сварки алюминиевого сплава используйте соответствующую частоту импульса, чтобы обеспечить определенное время охлаждения для материала во время интервала импульса, чтобы избежать чрезмерного накопления плазменного облака; Отрегулируйте ширину импульса, чтобы управлять входом на тепло и уменьшите генерацию дефектов сварного шва.
(4.2) Предварительная обработка материала и вспомогательные меры
Предварительная обработка поверхности: Выполняйте такие процессы, как шлифование и песочная обработка на поверхности материалов с высокой отражательной способностью, чтобы удалить поверхностный оксидный слой и пятна масла, уменьшить отражательную способность поверхности и в то же время увеличить шероховатость поверхности, что способствует поглощению энергии лазера. Метод химического покрытия также может быть использован для применения слоя поглощения на поверхности материала. Во время сварки слой поглощения сначала поглощает энергию лазера и преобразует ее в тепловую энергию, чтобы растопить материал, а затем покрытие может быть испарен или участвовать в металлургической реакции во время сварки.
Применение вспомогательных газов: Выберите соответствующие вспомогательные газы (такие как аргон, гелий). С одной стороны, он может защитить площадь сварки от окисления; С другой стороны, он может эффективно подавить плазменное облако. Например, гелий имеет высокую энергию ионизации, которая может уменьшить генерацию плазмы и заставить лазерную энергию более стабильно достигать поверхности материала; Разумно отрегулируйте скорость потока и угол вспомогательного газа, а также может взбить разбрызгивание и плазму, генерируемую во время сварки, чтобы улучшить сварочную среду.
(4.3) Реальный - мониторинг времени и закрытый - управление петлей
Используйте оборудование, такое как камеры с высоким уровнем скорости и фотоприемники для мониторинга информации, такой как форма плазменного облака, образование сварки и отражение энергии лазерной энергии в реальное время в процессе сварки. Через установленную модель управления регулируйте такие параметры, как лазерная мощность и скорость сканирования в реальное время в соответствии с данными мониторинга, чтобы реализовать контроль с закрытым циклом процесса сварки и обеспечить стабильность качества сварки. Например, когда контролируется, что плазменное облако слишком толстое, чтобы влиять на лазерную передачу, автоматически уменьшает мощность лазера или регулирует скорость потока вспомогательного газа для восстановления стабильности процесса сварки.
5. Анализ случаев - лазерная сварка тонких пластин алюминиевого сплава
Взяв сварку тонких пластин с сплава алюминиевого сплава (толщина 1 мм) в электронном устройстве В качестве примера, первоначально, использовалась инфракрасная лазерная сварка. Из -за высокой отражательной способности материала в сварке появилось большое количество пористости и неровной ширины. Позже была принята лазерная сварка зеленого света, в сочетании с предварительной обработкой поверхностной песочной обработки и помощи аргона, а параметры лазерного импульса были оптимизированы (ширина пульса 200 мкс, частота 50 Гц). После улучшения образование сварки было хорошим, уровень пористости был снижен с первоначальных до 15%до 3%, прочность сварки соответствовала требованиям продукта, стабильность сварки значительно улучшилась, а эффективность производства была увеличена примерно на 20%.
6. Заключение
Характеристики высокой отражательной способности материалов с высокой отражательной способностью приводят к множеству сварки сварки лазерных сварных машин, включая такие проблемы, как сложность поглощения энергии, дефекты формирования сварки и плохая стабильность сварки. Однако посредством оптимизации лазерного оборудования и процессов (таких как регулировка длины волны, оптимизация параметров), применение предварительной обработки материала и вспомогательные меры (обработка поверхности, вспомогательный газ) и стратегии мониторинга с реальным временем и контроля с закрытым петлей могут быть эффективно улучшены.
Благодаря непрерывной разработке лазерной технологии, материальной науки и технологии управления, будущая лазерная сварка для материалов с высокой отражательной способностью будет более эффективной и стабильной, обеспечивая более надежную техническую поддержку для широкого применения материалов с высокой отражательной способностью в промышленном производстве, а также способствует развитию высокого качества таких областей, как аэроспола, электронная информация и новая энергия.
-- Rayther Laser Jack Sun --