Κατά τη διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ χειρός, η δέσμη λέιζερ εστιάζεται από το οπτικό σύστημα για να σχηματίσει μια περιοχή υψηλής ενεργειακής πυκνότητας στην επιφάνεια του τεμαχίου ή μέσα στο υλικό. Η θέση εστίασης καθορίζει την κατανομή ενέργειας ανά μονάδα επιφάνειας, τη μορφολογία της λιωμένης πισίνας και την ποιότητα σχηματισμού της ραφής συγκόλλησης και είναι μία από τις βασικές παραμέτρους της διαδικασίας που επηρεάζουν τη σταθερότητα της συγκόλλησης και την ποιότητα της ραφής.
Η θέση εστίασης αναφέρεται συνήθως στην επιφάνεια του τεμαχίου ως το μηδενικό σημείο και μπορεί να ταξινομηθεί σε θετική εστίαση, αρνητική εστίαση και καταστάσεις εκτός εστίασης.
1. Χαρακτηριστικά συγκόλλησης με την εστίαση στην επιφάνεια του τεμαχίου (Μηδενική εστίαση)
Όταν η εστίαση του λέιζερ βρίσκεται στην επιφάνεια του τεμαχίου, η διάμετρος του σημείου λέιζερ είναι ελάχιστη και η ενεργειακή πυκνότητα είναι στο μέγιστο. Η απόδοση σύζευξης μεταξύ του λέιζερ και του υλικού είναι υψηλή.
Τα χαρακτηριστικά συγκόλλησης είναι τα εξής:
Γρήγορη έναρξη της λιωμένης πισίνας και σταθερή διαδικασία συγκόλλησης
Στενή ραφή συγκόλλησης με σαφή όρια
Συγκεντρωμένο βάθος διείσδυσης και υψηλή απόδοση χρήσης ενέργειας
Κατάλληλο για λεπτά υλικά και εφαρμογές συγκόλλησης ακριβείας
Στη συγκόλληση με λέιζερ χειρός, η διατήρηση της εστίασης στην επιφάνεια απαιτεί υψηλή λειτουργική σταθερότητα. Οι μεταβολές στο ύψος του φακού κατά τη συγκόλληση μπορούν εύκολα να προκαλέσουν διακυμάνσεις στο βάθος διείσδυσης και τη μορφολογία της ραφής.
2. Φαινόμενα συγκόλλησης υπό συνθήκες θετικής εστίασης
Η θετική εστίαση αναφέρεται στην κατάσταση όπου η εστίαση του λέιζερ είναι τοποθετημένη κάτω από την επιφάνεια του τεμαχίου, που σημαίνει ότι το εστιακό σημείο βρίσκεται μέσα στο υλικό.
Τα φαινόμενα συγκόλλησης περιλαμβάνουν:
Μέγιστη ενεργειακή πυκνότητα λέιζερ που εμφανίζεται μέσα στο υλικό
Αυξημένο βάθος διείσδυσης και υψηλότερη αναλογία βάθους προς πλάτος
Έντονο φαινόμενο κλειδαρότρυπας με ενισχυμένη διαμήκη διείσδυση συγκόλλησης
Σχετικά περιορισμένη επιφανειακή λιωμένη πισίνα και στενότερη εμφάνιση ραφής
Η θετική εστίαση είναι κατάλληλη για συγκόλληση μεσαίων έως παχιών πλακών ή εφαρμογές που απαιτούν μεγαλύτερη διείσδυση. Στη συγκόλληση χειρός, η θετική εστίαση βελτιώνει την ανοχή της διαδικασίας. Ωστόσο, το υπερβολικό βάθος εστίασης μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκή επιφανειακή τήξη ή ατελή σχηματισμό ραφής.
3. Φαινόμενα συγκόλλησης υπό συνθήκες αρνητικής εστίασης
Η αρνητική εστίαση αναφέρεται στην κατάσταση όπου η εστίαση του λέιζερ βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια του τεμαχίου, που σημαίνει ότι η δέσμη λέιζερ αρχίζει να αποκλίνει πριν φτάσει στο υλικό.
Τα φαινόμενα συγκόλλησης περιλαμβάνουν:
Διευρυμένη διάμετρος σημείου και μειωμένη ενεργειακή πυκνότητα
Αυξημένο πλάτος ραφής και μειωμένο βάθος διείσδυσης
Αδύναμο ή εξαλειμμένο φαινόμενο κλειδαρότρυπας
Βελτιωμένη επιφανειακή ομαλότητα της ραφής συγκόλλησης
Υπό συνθήκες αρνητικής εστίασης, η κατανομή ενέργειας λέιζερ είναι πιο ομοιόμορφη, καθιστώντας την κατάλληλη για συγκόλληση λεπτών πλακών και εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις εμφάνισης επιφάνειας. Στη συγκόλληση με λέιζερ χειρός, μια μέτρια αρνητική εστίαση βοηθά στη μείωση των πιτσιλιών και στην καταστολή της καύσης.
4. Χαρακτηριστικά συγκόλλησης υπό συνθήκες εκτός εστίασης
Η εκτός εστίασης αναφέρεται στην κατάσταση όπου η εστίαση είναι τοποθετημένη μακριά από την επιφάνεια του τεμαχίου, ανεξάρτητα από το αν είναι σε θετική ή αρνητική κατεύθυνση, με αποτέλεσμα σημαντική μείωση της ενεργειακής πυκνότητας.
Τα χαρακτηριστικά συγκόλλησης περιλαμβάνουν:
Δυσκολία σχηματισμού ή διατήρησης μιας σταθερής λιωμένης πισίνας
Ανεπαρκής διείσδυση και υψηλός κίνδυνος έλλειψης τήξης
Φαρδιές και ρηχές ραφές συγκόλλησης με χαλαρό σχηματισμό
Υψηλή ευαισθησία της διαδικασίας συγκόλλησης στις μεταβολές της ταχύτητας κίνησης
Οι συνθήκες εκτός εστίασης είναι γενικά ακατάλληλες για σταθερή συγκόλληση και χρησιμοποιούνται κυρίως σε ειδικές διαδικασίες χαμηλής θερμικής εισόδου ή επιφανειακής θέρμανσης. Στη συγκόλληση με λέιζερ χειρός, η υπερβολική εκτός εστίασης μειώνει σημαντικά τη συνέπεια της συγκόλλησης.
5. Σύγκριση των αποτελεσμάτων συγκόλλησης υπό διαφορετικές καταστάσεις εστίασης
Σε σύγκριση με την εστίαση που βρίσκεται στην επιφάνεια του τεμαχίου:
Η θετική εστίαση βελτιώνει τη διείσδυση και την ικανότητα συγκόλλησης, κατάλληλη για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή δομική αντοχή
Η αρνητική εστίαση αυξάνει το πλάτος της ραφής, βελτιώνει την εμφάνιση της επιφάνειας και μειώνει τον κίνδυνο υπερβολικής συγκέντρωσης ενέργειας
Η εκτός εστίασης μειώνει τη συνολική ενεργειακή πυκνότητα και είναι δυσμενής για τη σταθερή συγκόλληση
Σε πρακτικές εφαρμογές, η θέση εστίασης θα πρέπει να ρυθμίζεται σε συνδυασμό με τον τύπο του υλικού, το πάχος της πλάκας, την ταχύτητα συγκόλλησης και την ισχύ του λέιζερ.
6. Σημασία της διαδικασίας της θέσης εστίασης στη συγκόλληση με λέιζερ χειρός
Η συγκόλληση με λέιζερ χειρός θέτει υψηλές απαιτήσεις στη λειτουργική σταθερότητα και την ανοχή της διαδικασίας. Η σωστή επιλογή της θέσης εστίασης διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στις ακόλουθες πτυχές:
Βελτίωση της σταθερότητας της συγκόλλησης και μείωση του αντίκτυπου της κίνησης του χειριστή
Εξισορρόπηση του βάθους διείσδυσης και του σχηματισμού της ραφής συγκόλλησης
Μείωση των πιτσιλιών και της εμφάνισης ελαττωμάτων συγκόλλησης
Ενίσχυση της προσαρμοστικότητας σε πολύπλοκες συνθήκες συγκόλλησης
Η ρύθμιση της θέσης εστίασης επιτυγχάνεται συνήθως μέσω του ελέγχου του ύψους του φακού ή της ρύθμισης του συστήματος εστίασης και είναι ένα βασικό βήμα στη βελτιστοποίηση της διαδικασίας συγκόλλησης με λέιζερ χειρός.