Въведение и предистория
С нарастващите изисквания за ефективност на производството съвременното производство цени високо-ефективните, гъвкави и екологични технологии за обработка. Лазерното заваряване е широко разпространено в космическата, автомобилната, корабостроителната и други индустрии поради високото си качество, прецизност, минимална деформация и изключителна ефективност. Сред многобройните фактори, влияещи върху качеството на заваръчния шев, защитният газ играе критична роля.
Появата на високо{0}}мощни оптични лазери ускори популяризирането на лазерното заваряване, особено в автомобилната индустрия. Влакнестите лазери работят при дължина на вълната от 1070 nm, значително по-къса от 10,6 μm дължина на вълната на CO2 лазерите. Тъй като материалите показват различни скорости на абсорбция при различни дължини на вълните, характеристиките на заваряване на фибро лазерите се различават по същество от тези на CO2 лазерите. Въпреки това всеобхватните изследвания на защитния газ за лазерно заваряване на влакна остават ограничени. За да се преодолее тази празнина, това проучване провежда серия от параметрични тестове на неръждаема стомана, за да задълбочи разбирането на лазерното заваряване на влакна.
Експериментална настройка
Експериментите бяха проведени върху плочи от неръждаема стомана SUS304 с дебелина 3 mm, използвайки лазер с влакна IPG YLR-6000 (максимална изходна мощност: 6 kW; дивергенция на лъча: 8 mrad). Лазерната система беше интегрирана с робот KUKA KR60HA 6-DOF. Дюзата за защитен газ имаше вътрешен диаметър 4 mm и беше разположена на 4 mm над детайла.
За да се изолират променливите, следните параметри на заваряване се поддържат постоянни:
- Лазерна мощност:1 kW
- Скорост на заваряване:1,5 м/мин
- 1000 Фокусно разстояние:250 мм
- Степен на разфокусиране:0 мм
- Метод на заваряване:Едностранно-заваряване на-върху-плочи
Бяха проведени четири групи експерименти за оценка на ефектите от:
- Тип газ:Сравняване на ефектите на чистия Ar, He и N₂.
- Съотношение на смесване на газ:Изследване на това как различните съотношения на смесване на Ar-He влияят върху морфологията на заваръчната повърхност и проникването.
- Ъгъл на издухване:Оценяване на влиянието на страничните-ъгли на продухване върху проникването на заваръчния шев.
- Позиция на подравняване на газа:Анализиране на това как отместването между точката на подаване на газ и лазерното петно влияе върху образуването на заварка.
Резултати и дискусия
Ефект на типа газ:Когато се използва един защитен газ, дълбочината на проникване на заваръчния шев следва реда на He > N₂ > Ar, което се дължи на разликите в енергията на йонизация на газа и праговете за поддържане на плазмата.
Съотношение на смесване и скорост на потока:По-високите концентрации на He в смесите на Ar-He, както и по-високите общи скорости на газовия поток, доведоха до съответно увеличаване на дълбочината на проникване.
Ефект на ъгъла на издухване:Проникването на заваръчния шев намаля с увеличаването на страничния-ъгъл на продухване. Това намаление се задвижва от промени в състоянието на газовия поток (преход между ламинарен и турбулентен поток) през повърхността на детайла.
Ефект на позицията на подравняване:Тенденцията на проникване на заваръчния шев варира в зависимост от относителното разстояние между точката на подаване на газ и лазерното петно. Максималната дълбочина на проникване беше постигната, когато точката на подаване на газ беше изместена с приблизително ±1,5 mm от лазерното петно, докато минималната дълбочина настъпи, когато газът беше подравнен директно с центъра на лазерното петно.