Kaitsegaasi mõju roostevabast terasest kiudlaseriga keevitamisele

Kuna tootmistõhususe nõuded kasvavad, hindab kaasaegne tootmine kõrgelt{0}}tõhusust, paindlikku ja keskkonnasõbralikku töötlemistehnoloogiat. Laserkeevitust on selle kõrge kvaliteedi, täpsuse, minimaalse deformatsiooni ja erakordse efektiivsuse tõttu laialdaselt kasutusele võetud lennunduses, autotööstuses, laevaehituses ja muudes tööstusharudes. Arvukate keevisõmbluse kvaliteeti mõjutavate tegurite hulgas on kaitsegaasil oluline roll.

Suure võimsusega{0}}kiudlaserite ilmumine on kiirendanud laserkeevituse populaarsust, eriti autotööstuses. Kiudlaserid töötavad lainepikkusel 1070 nm, mis on oluliselt lühem kui CO2 laserite 10,6 μm lainepikkus. Kuna materjalidel on erinevatel lainepikkustel erinev neeldumiskiirus, erinevad kiudlaserite keevitusomadused olemuselt CO2 laserite omadest. Kiudlaseriga keevitamise kaitsegaasi kõikehõlmavad uuringud on siiski piiratud. Selle lünga kõrvaldamiseks viiakse selles uuringus läbi rida roostevaba terase parameetriteste, et süvendada arusaamist kiudlaserkeevitusest.

Katsed viidi läbi 3 mm paksustel SUS304 roostevabast terasest plaatidel, kasutades IPG YLR-6000 kiudlaserit (maksimaalne väljundvõimsus: 6 kW; kiire divergents: 8 mrad). Lasersüsteem oli integreeritud KUKA KR60HA 6-DOF robotiga. Kaitsegaasi otsiku siseläbimõõt oli 4 mm ja see asus tooriku kohal 4 mm.

Muutujate eraldamiseks hoiti järgmised keevitusparameetrid konstantsena:

• Laseri võimsus:1 kW
• Keevituskiirus:1,5 m/min
• Fookuskaugus:250 mm
• Defookuse kogus:0 mm
• Keevitusmeetod:Ühepoolne-keevitus-plaadil{2}}

Mõju hindamiseks viidi läbi neli katsekomplekti:

1. Gaasi tüüp:Puhta Ar, He ja N2 mõjude võrdlemine.
2. Gaasi segamise suhe:Uuritakse, kuidas erinevad Ar{0}}He segamissuhted mõjutavad keevispinna morfoloogiat ja läbitungimist.
3. Puhumisnurk:Külgpuhumisnurkade{0}}mõju hindamine keevisõmbluse läbitungile.
4. Gaasi joondamise asend:Analüüsides, kuidas gaasi väljastuspunkti ja laserpunkti vaheline nihe mõjutab keevisõmbluse moodustumist.

Gaasi tüübi efekt:Ühe kaitsegaasi kasutamisel järgis keevisõmbluse läbitungimissügavus järjestust He > N₂ > Ar, mis on tingitud gaasi ionisatsioonienergia ja plasma säilituslävede erinevustest.

Segamissuhe ja voolukiirus:Kõrgemad He kontsentratsioonid Ar{0}He segudes, aga ka suurem kogugaasi voolukiirus, suurendasid vastavalt läbitungimissügavust.

Puhumisnurga efekt:Keevisõmbluse läbitungimine vähenes, kui külg{0}}puhumisnurk suurenes. See vähenemine on tingitud gaasivoolu oleku muutustest (üleminek laminaarse ja turbulentse voolu vahel) läbi tooriku pinna.

Joonduspositsiooni efekt:Keevisõmbluse läbitungimise trend varieerus sõltuvalt gaasi kohaletoimetamispunkti ja laserpunkti vahelisest suhtelisest kaugusest. Maksimaalne läbitungimissügavus saavutati siis, kui gaasi kohaletoimetamispunkt oli laserpunktist ligikaudu ± 1, 5 mm võrra nihutatud, samas kui minimaalne sügavus tekkis siis, kui gaas oli joondatud otse laserpunkti keskpunktiga.