Introduktion & baggrund
Med stigende krav til produktionseffektivitet værdsætter moderne produktion høj-effektivitet, agile og miljøvenlige forarbejdningsteknologier. Lasersvejsning er blevet bredt brugt i rumfart, bilindustrien, skibsbygning og andre industrier på grund af dens høje kvalitet, præcision, minimale deformation og exceptionelle effektivitet. Blandt de mange faktorer, der påvirker svejsekvaliteten, spiller beskyttelsesgas en afgørende rolle.
Fremkomsten af fiberlasere med høj-effekt har fremskyndet populariseringen af lasersvejsning, især i bilindustrien. Fiberlasere fungerer ved en bølgelængde på 1070 nm, væsentligt kortere end 10,6 μm bølgelængden af CO2-lasere. Fordi materialer udviser forskellige absorptionshastigheder ved forskellige bølgelængder, adskiller fiberlaserens svejseegenskaber sig iboende fra CO2-lasernes. Omfattende forskning i beskyttelsesgas til fiberlasersvejsning er dog fortsat begrænset. For at løse dette hul udfører denne undersøgelse en række parametertests på rustfrit stål for at uddybe forståelsen af fiberlasersvejsning.
Eksperimentel opsætning
Eksperimenterne blev udført på 3 mm tykke SUS304 rustfri stålplader under anvendelse af en IPG YLR-6000 fiberlaser (maksimal udgangseffekt: 6 kW; stråledivergens: 8 mrad). Lasersystemet var integreret med en KUKA KR60HA 6-DOF robot. Beskyttelsesgasdysen havde en indvendig diameter på 4 mm og var placeret 4 mm over emnet.
For at isolere variabler blev følgende svejseparametre holdt konstant:
- Laserkraft:1 kW
- Svejsehastighed:1,5 m/min
- Brændvidde:250 mm
- Ufokuseret mængde:0 mm
- Svejsemetode:Enkelt-sidet vulst-på-pladesvejsning
Fire sæt eksperimenter blev udført for at evaluere virkningerne af:
- Gastype:Sammenligning af virkningerne af ren Ar, He og N₂.
- Gasblandingsforhold:Undersøgelse af, hvordan varierende Ar-blandingsforhold påvirker svejseoverflademorfologi og penetration.
- Blæsevinkel:Evaluering af indflydelsen af-sideblæsningsvinkler på svejsegennemtrængning.
- Gasjusteringsposition:Analyse af, hvordan forskydningen mellem gasleveringspunktet og laserpunktet påvirker svejsedannelsen.
Resultater & diskussion
Gastypeeffekt:Ved anvendelse af en enkelt beskyttelsesgas fulgte svejsegennemtrængningsdybden rækkefølgen af He > N₂ > Ar, hvilket tilskrives forskellene i gasioniseringsenergi og plasmavedligeholdelsestærskler.
Blandingsforhold og flowhastighed:Højere He-koncentrationer i Ar-He-blandinger, såvel som højere samlede gasstrømningshastigheder, førte til en tilsvarende stigning i indtrængningsdybden.
Blæsevinkeleffekt:Svejsegennemtrængning faldt i takt med, at-sideblæsningsvinklen øgedes. Denne reduktion er drevet af ændringer i gasstrømningstilstanden (overgang mellem laminær og turbulent strømning) hen over emnets overflade.
Justeringspositionseffekt:Svejsegennemtrængningstendensen varierede med den relative afstand mellem gasleveringspunktet og laserpunktet. Den maksimale indtrængningsdybde blev opnået, når gasleveringspunktet var forskudt med ca. ±1,5 mm fra laserpletten, mens minimumsdybden opstod, når gassen var rettet direkte ind med laserplettens centrum.