Introduktion & bakgrund
Med ökande krav på produktionseffektivitet värdesätter modern tillverkning hög-effektivitet, smidig och miljövänlig processteknik. Lasersvetsning har antagits allmänt inom flyg-, bil-, varvs- och andra industrier på grund av dess höga kvalitet, precision, minimala deformation och exceptionella effektivitet. Bland de många faktorer som påverkar svetskvaliteten spelar skyddsgas en avgörande roll.
Framväxten av hög-fiberlasrar har påskyndat populariseringen av lasersvetsning, särskilt inom bilindustrin. Fiberlasrar arbetar vid en våglängd på 1070 nm, betydligt kortare än 10,6 μm våglängd för CO2-lasrar. Eftersom material uppvisar olika absorptionshastigheter vid olika våglängder, skiljer sig svetsegenskaperna hos fiberlasrar i sig från de hos CO2-lasrar. Den omfattande forskningen om skyddsgas för fiberlasersvetsning är dock fortfarande begränsad. För att komma till rätta med detta gap genomför denna studie en serie parametertester på rostfritt stål för att fördjupa förståelsen för fiberlasersvetsning.
Experimentell uppställning
Experimenten utfördes på 3 mm tjocka SUS304 rostfria stålplattor med användning av en IPG YLR-6000 fiberlaser (maximal uteffekt: 6 kW; stråldivergens: 8 mrad). Lasersystemet var integrerat med en KUKA KR60HA 6-DOF-robot. Skyddsgasmunstycket hade en innerdiameter på 4 mm och var placerat 4 mm ovanför arbetsstycket.
För att isolera variabler hölls följande svetsparametrar konstanta:
- Laserkraft:1 kW
- Svetshastighet:1,5 m/min
- Brännvidd:250 mm
- Ofokuserad mängd:0 mm
- Svetsmetod:Enkel-sidig vulst-på-plåtsvetsning
Fyra uppsättningar experiment utfördes för att utvärdera effekterna av:
- Gastyp:Jämför effekterna av ren Ar, He och N₂.
- Gasblandningsförhållande:Undersöker hur varierande Ar-blandningsförhållanden påverkar svetsytans morfologi och penetration.
- Blåsvinkel:Utvärdera inverkan av sidoblåsningsvinklar- på svetspenetration.
- Gasinriktningsposition:Analysera hur förskjutningen mellan gasleveranspunkten och laserpunkten påverkar svetsbildningen.
Resultat & diskussion
Gastypseffekt:Vid användning av en enda skyddsgas följde svetspenetrationsdjupet ordningen He > N2 > Ar, vilket tillskrivs skillnaderna i gasjoniseringsenergi och plasmaunderhållströsklar.
Blandningsförhållande och flödeshastighet:Högre He-koncentrationer i Ar-He-blandningar, såväl som högre totala gasflöden, ledde till en motsvarande ökning av penetrationsdjupet.
Blåsvinkeleffekt:Svetsgenomträngningen minskade när-sidans blåsvinkel ökade. Denna minskning drivs av förändringar i gasflödestillståndet (övergång mellan laminärt och turbulent flöde) över arbetsstyckets yta.
Justeringspositionseffekt:Svetspenetrationstrenden varierade med det relativa avståndet mellan gasleveranspunkten och laserpunkten. Det maximala penetreringsdjupet uppnåddes när gasleveranspunkten var förskjuten med ungefär ±1,5 mm från laserpunkten, medan det minsta djupet inträffade när gasen var inriktad direkt med laserpunktens centrum.