Efectul gazului de protecție asupra sudării cu laser cu fibre din oțel inoxidabil

Odată cu cerințele tot mai mari pentru eficiența producției, producția modernă apreciază foarte mult tehnologiile de procesare -înalte, agile și ecologice. Sudarea cu laser a fost adoptată pe scară largă în industria aerospațială, auto, construcții navale și alte industrii datorită calității sale înalte, preciziei, deformării minime și eficienței excepționale. Printre numeroșii factori care afectează calitatea sudurii, gazul de protecție joacă un rol critic.

Apariția laserelor cu fibre-de mare putere a accelerat popularizarea sudării cu laser, în special în industria auto. Laserele cu fibră funcționează la o lungime de undă de 1070 nm, semnificativ mai scurtă decât lungimea de undă de 10,6 μm a laserelor cu CO2. Deoarece materialele prezintă rate de absorbție diferite la lungimi de undă diferite, caracteristicile de sudare ale laserelor cu fibră diferă în mod inerent de cele ale laserelor cu CO2. Cu toate acestea, cercetările cuprinzătoare privind gazul de protecție pentru sudarea cu laser cu fibre rămân limitate. Pentru a aborda această lacună, acest studiu efectuează o serie de teste de parametri pe oțel inoxidabil pentru a aprofunda înțelegerea sudării cu laser cu fibre.

Experimentele au fost efectuate pe plăci de oțel inoxidabil SUS304 de 3 mm grosime folosind un laser cu fibră IPG YLR-6000 (putere maximă de ieșire: 6 kW; divergența fasciculului: 8 mrad). Sistemul laser a fost integrat cu un robot KUKA KR60HA 6-DOF. Duza de gaz de protecție avea un diametru interior de 4 mm și era poziționată la 4 mm deasupra piesei de prelucrat.

Pentru a izola variabilele, următorii parametri de sudare au fost menținuți constanti:

• Putere laser:1 kW
• Viteza de sudare:1,5 m/min
• Distanța focală:250 mm
• Cantitatea de defocalizare:0 mm
• Metoda de sudare:Sudare-cu o singură față-pe-placă

Au fost efectuate patru seturi de experimente pentru a evalua efectele:

1. Tip de gaz:Comparând efectele Ar, He și N₂ pur.
2. Raport de amestec de gaz:Investigarea modului în care diferitele rapoarte de amestec Ar-He impactează morfologia suprafeței sudurii și penetrarea.
3. Unghi de suflare:Evaluarea influenței-unghiurilor de suflare laterală asupra pătrunderii sudurii.
4. Poziția de aliniere a gazului:Analizând modul în care decalajul dintre punctul de livrare a gazului și punctul laser afectează formarea sudurii.

Efectul tipului de gaz:Când se folosește un singur gaz de protecție, adâncimea de penetrare a sudurii a urmat ordinea He > N₂ > Ar, care este atribuită diferențelor de energie de ionizare a gazului și pragurilor de menținere a plasmei.

Raportul de amestecare și debitul:Concentrațiile mai mari de He în amestecurile de Ar-He, precum și debitele totale mai mari de gaz, au condus la o creștere corespunzătoare a adâncimii de penetrare.

Efectul unghiului de suflare:Penetrarea sudurii a scăzut pe măsură ce unghiul{0}}de suflare lateral a crescut. Această reducere este determinată de modificările stării de curgere a gazului (tranziție între fluxul laminar și cel turbulent) pe suprafața piesei de prelucrat.

Efectul poziției de aliniere:Tendința de penetrare a sudurii a variat în funcție de distanța relativă dintre punctul de livrare a gazului și punctul laser. Adâncimea maximă de penetrare a fost atinsă atunci când punctul de livrare a gazului a fost decalat cu aproximativ ± 1,5 mm față de punctul laser, în timp ce adâncimea minimă a avut loc atunci când gazul a fost aliniat direct cu centrul spotului laser.