Johdanto ja tausta
Tuotannon tehokkuutta koskevien vaatimusten kasvaessa nykyaikainen valmistus arvostaa korkeaa{0}}tehokkuutta, ketterää ja ympäristöystävällistä käsittelytekniikkaa. Laserhitsausta on käytetty laajalti ilmailu-, auto-, laivanrakennus- ja muilla aloilla sen korkean laadun, tarkkuuden, minimaalisen muodonmuutoksen ja poikkeuksellisen tehokkuuden ansiosta. Lukuisista hitsin laatuun vaikuttavista tekijöistä suojakaasulla on ratkaiseva rooli.
Tehokkaiden{0}}kuitulaserien ilmaantuminen on nopeuttanut laserhitsauksen yleistymistä erityisesti autoteollisuudessa. Kuitulaserit toimivat 1070 nm:n aallonpituudella, mikä on huomattavasti lyhyempi kuin CO2-laserien 10,6 μm:n aallonpituus. Koska materiaaleilla on erilaiset absorptionopeudet eri aallonpituuksilla, kuitulaserien hitsausominaisuudet eroavat luonnostaan CO2-laserien vastaavista. Kuitulaserhitsauksen suojakaasua koskeva kattava tutkimus on kuitenkin rajallista. Tämän puutteen korjaamiseksi tämä tutkimus suorittaa sarjan parametritestejä ruostumattomalla teräksellä syventääkseen ymmärrystä kuitulaserhitsauksesta.
Kokeellinen asennus
Kokeet suoritettiin 3 mm paksuilla ruostumattomilla SUS304-teräslevyillä käyttämällä IPG YLR-6000 -kuitulaseria (maksimilähtöteho: 6 kW; säteen hajonta: 8 mrad). Laserjärjestelmä integroitiin KUKA KR60HA 6-DOF robottiin. Suojakaasusuuttimen sisähalkaisija oli 4 mm ja se oli sijoitettu 4 mm työkappaleen yläpuolelle.
Muuttujien eristämiseksi seuraavat hitsausparametrit pidettiin vakioina:
- Laserteho:1 kW
- Hitsausnopeus:1,5 m/min
- Polttoväli:250 mm
- Defocus määrä:0 mm
- Hitsausmenetelmä:Yksipuolinen-helmi-levyllä-hitsaus
Neljä koetta suoritettiin seuraavien vaikutusten arvioimiseksi:
- Kaasutyyppi:Puhtaan Ar:n, He:n ja N2:n vaikutusten vertailu.
- Kaasun sekoitussuhde:Tutkitaan kuinka vaihtelevat Ar{0}}He-sekoitussuhteet vaikuttavat hitsin pinnan morfologiaan ja tunkeutumiseen.
- Puhalluskulma:Sivu{0}}puhalluskulmien vaikutuksen arviointi hitsin läpäisyyn.
- Kaasun suuntausasento:Analysoidaan kuinka kaasunsyöttöpisteen ja laserpisteen välinen siirtymä vaikuttaa hitsin muodostumiseen.
Tulokset ja keskustelu
Kaasutyypin vaikutus:Käytettäessä yhtä suojakaasua hitsin tunkeutumissyvyys noudatti He > N2 > Ar järjestystä, mikä johtuu eroista kaasun ionisaatioenergiassa ja plasman ylläpitokynnyksissä.
Sekoitussuhde ja virtausnopeus:Korkeammat He-pitoisuudet Ar-He-seoksissa sekä korkeammat kaasun kokonaisvirtausnopeudet johtivat vastaavaan tunkeutumissyvyyden kasvuun.
Puhalluskulman vaikutus:Hitsauksen tunkeutuminen väheni sivupuhalluskulman- kasvaessa. Tämä vähennys johtuu kaasun virtaustilan muutoksista (siirtymä laminaarisen ja turbulentin virtauksen välillä) työkappaleen pinnan poikki.
Tasauspaikan vaikutus:Hitsauksen tunkeutumistrendi vaihteli kaasunsyöttöpisteen ja laserpisteen välisen suhteellisen etäisyyden mukaan. Suurin tunkeutumissyvyys saavutettiin, kun kaasun syöttökohta oli siirtynyt noin ±1,5 mm laserpisteestä, kun taas pienin syvyys saavutettiin, kun kaasu oli kohdistettu suoraan laserpisteen keskustaan.