Уровень давления необходимо точно оптимизировать на основе таких параметров, каксварочный материал,мощность лазера, скорость сварки, тип сопла и расстояние. Его влияние в основном проявляется в следующих аспектах:
Влияние на защитный эффект сварного шва
Низкое давление воздуха
Недостаточная защита: Поток и давление газа недостаточны для эффективного вытеснения воздуха под соплом, что приводит к захвату воздуха, окислению и азотированию металла шва. Поверхность шва будет выглядеть темно-желтой, синей или даже черной. В тяжелых случаях возникнут такие дефекты, как поры и шлаковые включения, а прочность и прочность сварного шва значительно снизятся.
Сбой экранирования: Невозможно эффективно подавить плазменное облако, плазма чрезмерно расширяется, поглощает и рассеивает энергию лазера, что приводит к уменьшению глубины проплавления сварки или даже к невозможности продолжения процесса сварки (сварной шов не проплавляется).
Чрезмерное давление воздуха
Образование турбулентности: Чрезмерный поток воздуха перейдет от ламинарного потока к турбулентному потоку, тем самым затягивая окружающий воздух в защищенную зону, нарушая защитный эффект газа, а также вызывая окисление сварного шва.
Взаимодействие с ванной расплава: Высокоскоростной поток воздуха окажет сильное воздействие на поверхность ванной расплава, что может привести к вибрации и разбрызгиванию ванной расплава, что приведет к неправильному формированию сварного шва, шероховатой поверхности и даже образованию луж или проплавлению сварного шва (особенно при сварке тонких листов).
2. Влияние на формирование сварного шва и глубину проплавления
Умеренное давление: Оно может эффективно подавлять плазму и обеспечивать эффективное поступление энергии лазера в заготовку, тем самым достигая максимальной и стабильной глубины проплавления. В то же время стабильный поток воздуха помогает сформировать гладкую, непрерывную и эстетически приятную поверхность сварного шва.
Низкое давление воздуха: Из-за эффекта экранирования плазмы эффективная энергия лазера уменьшается, а глубина проплавления становится меньше.
Чрезмерное давление: Хотя оно может более эффективно рассеивать плазму, оно может немного увеличить глубину проплавления сварного шва. Однако более значительным эффектом является то, что сила выдувания потока воздуха на расплавленную жидкость изменит геометрию сварного шва, сделав его шире, уменьшив высоту сварного шва и даже сформировав «пальцеобразное» проплавление сварного шва, что не способствует механическим свойствам.
3. Влияние на дефекты сварки
Пористость: Пористость является одним из наиболее распространенных дефектов при лазерной сварке. Соответствующее давление помогает плавно выводить пары металла и небольшие пузырьки, образующиеся в процессе сварки, из ванной расплава, тем самым уменьшая образование пористости.
Давление воздуха слишком низкое, и способность защитного газа к очистке слаба, что затрудняет удаление газов из ванной расплава.
Чрезмерное давление вызывает турбулентность и возмущения в ванной расплава, что вместо этого может привести к затягиванию газа в ванну расплава или нарушить нормальный процесс выхлопа, тем самым увеличивая тенденцию к образованию газовых пор.
Разбрызгивание: Чрезмерное давление является одной из основных причин разбрызгивания. Высокоскоростной поток воздуха воздействует на ванну расплава, выдувая частицы расплавленного металла из ванны и распыляя их на поверхность заготовки. Это не только загрязняет заготовку и влияет на ее внешний вид, но и приводит к потере основного материала сварного шва, что приводит к таким дефектам, как подрез и раковины, и уменьшает эффективную площадь опоры сварного шва.
III. Как выбрать и оптимизировать давление воздуха
Тип газа: Гелий (He) имеет высокую энергию ионизации и обеспечивает наилучший эффект подавления плазмы; требуемое давление может быть относительно низким. Аргон (Ar) тяжелее и обеспечивает хорошую защиту, но имеет меньшую способность подавлять плазму; иногда требуется немного более высокое давление для компенсации. Азот (N₂) подходит для определенных специальных сталей, но обычно не используется для алюминиевых сплавов, высоколегированных сталей и т. д.
Конструкция сопла: Диаметр, высота и угол сопла определяют поле потока газа и зону покрытия. Сопла с большими диаметрами обычно требуют более высокого давления и расхода для поддержания адекватной защитной газовой завесы.
Параметры сварки: Высокая мощность лазера и высокая скорость сварки будут генерировать больше паров металла и плазмы, и обычно требуется более высокое давление для эффективного управления ими.
Практическая отладка: Оптимальное давление обычно определяется путем проведения технологических экспериментов (DoE). После фиксации всех остальных параметров, изменяя значение давления, наблюдайте за формированием, цветом сварного шва, проверьте скорость его пористости и механические свойства и, таким образом, найдите оптимальный диапазон.
В заключение, давление защитного газа является критическим параметром, который необходимо точно контролировать в процессе лазерной сварки. Недостаточное давление приведет к неадекватной защите, сбою экранирования плазмы и меньшей глубине сварного шва; чрезмерно высокое давление вызовет турбулентность, помехи в ванной расплава и увеличение разбрызгивания. Только полностью поняв механизм его действия, объединив конкретные материалы, оборудование и технологические параметры, а также проведя систематические эксперименты, чтобы найти подходящий и стабильный диапазон давления, можно максимизировать положительные эффекты защитного газа и получить высококачественные лазерные сварные швы с красивым формированием, отличными характеристиками и отсутствием дефектов. Поэтому точный контроль размера давления является необходимым навыком для достижения высококачественного производства лазерной сварки.