Влиянието на замърсяването на оптичната система на лазерната заваръчна машина върху качеството на заварката

I. Въведение

Лазерната заваръчна технология се използва широко при запечатването на литиеви батерии, в производството на потребителска електроника, медицински устройства и при металообработката поради високата плътност на енергията, прецизността на заварката и малката деформация. Въпреки това, по време на продължителна работа оптичната система на лазерна заваръчна машина е склонна да се замърсява от дим, пръски, мазнини и влага, което влияе върху качеството на предаване на лъча и в крайна сметка намалява стабилността на заварката. Оптичното замърсяване е станало скрит потенциален фактор, който засяга качеството на заварката и трябва да се отстранява както от гледна точка на процеса, така и от гледна точка на поддръжката.

II. Роля на оптичната система в лазерни заваръчни машини

Типична оптична система се състои основно от:

Изходно прозорче на лазера

Колиматор/увеличител на лъча

Сканиращ галванометър (ако има такъв)

Фокусираща леща или F-Theta леща

Предпазна леща (за защита на оптичните компоненти)

Основната функция на оптичната система е да предава и прецизно фокусира високоенергийни лазерни лъчи върху зоната за заваряване. Поради това чистотата и пропускливостта на оптичните повърхности са от решаващо значение за ефективното свързване на енергията по време на заваряване.

III. Основни източници на оптично замърсяване

Оптичното замърсяване идва основно от следните източници:

Дим и кондензати от пари
Металните пари, произведени при заваряване при висока температура, се кондензират в частици и се отлагат върху оптичните повърхности.

Прилепване на разтопена пръската
По време на дълбоко проникващо заваряване или нестабилна обработка, капки от разтопен материал могат да се прилепят към защитните лещи.

Влага и маслени пленки
Идват от маслоносни компресори, течове от охладителни уреди или влажността на околната среда и образуват тънки пленки с ниска пропускливост.

Отпечатъци от пръсти и остатъци от почистване
Човешки досег или неподходящи разтворители могат да причинят вторично замърсяване на оптични повърхности.

Тези замърсители могат да се появят под формата на прах, маслени филми, твърди частици или следи от изгаряния.

IV. Механизми, чрез които оптичното замърсяване влияе на качеството на заварката

Оптичното замърсяване предимно влияе на качеството на заварката по следните начини:

1. Загуба на лазерна енергия

Замърсяването намалява ефективността на преминаване на лъча, което води до недостатъчна енергия за заварката. Често срещани прояви включват:

Недостатъчна проникваемост на заварката

Липса на сливане или слаби заварки

Потъмняли или прекъснати заваръчни шевове

Ограничено работно поле

Материали, чувствителни към енергийните нива (например алуминий, мед, токопроводи на батерии), се повлияват по-силно.

2. Деформация на лъча и преместване на фокуса

Замърсяването променя характеристиките на разпространение на лъча, което води до отместване на фокуса или неравномерно разпределение на енергията и може да причини:

Неконсистентна ширина на заварката

Отклонение от пътя на заварката

Увеличена пулсация на разтопената вана

Намалена стабилност при заваряване

При високоточно заваряване, преместването на фокуса с десетки или стотици микрона може значително да повлияе на процентите на годност.

3. Увеличен риск от топлинни повреди на оптични компоненти

Замърсителите абсорбират лазерната енергия и генерират локализирано топлина, което потенциално може да причини:

Следи от изгаряне на защитната леща или отслойване на покритието

Петна от изгаряне върху разширителите на лъча или сканиращи лещи

Повреда на прозореца за лазерно излъчване

Оптичните повреди обикновено са необратими и изискват подмяна на компоненти, което увеличава разходите.

4. Аномалии и нестабилност при процеса на заваряване

Замърсяването на оптиката може да доведе до:

Неравномерно кипене на стопената баня

Увеличена порьозност

Неравни заваръчни шевове или подрязване

Системни аларми или колебания в енергията

В автоматизираните производствени линии такива проблеми директно влияят върху последователността и пропускателната способност.

V. Разлики в чувствителността на материала (без сравнителни диаграми)

Различните материали за заваряване проявяват различна чувствителност към оптично замърсяване, например:

Алуминий: Висока отразяваща способност и изключително чувствителен към недостатъчна енергия; дори незначително замърсяване може да причини непълно проникване или подрязване.

Мед или токопроводни пластини за батерии: Изискват изключително стабилна енергия; замърсяването води до слаби заваръчни съединения, което влияе на проводимостта и цикличността на батерията.

Неръждаема стомана: Замърсяването води до грапава повърхност на заварката, потъмняване на шева и непостоянно проникване.

Въглеродна стомана: Произвежда повече разпръскване и бързо замърсява оптиката, увеличавайки консумацията на предпазни лещи и предизвиквайки нестабилност в процеса.

Тези рискове могат да бъдат достатъчно описани текстово, без използване на диаграми или визуални сравнения.

VI. Методи за откриване и оценка

Оптичното замърсяване може да бъде идентифицирано чрез следните подходи:

Визуална инспекция: Използвайте наклонено осветление, за да наблюдавате отлагания по повърхностите на лещите

Мониторинг на затихване на енергията: Проследявайте отклоненията в изходната мощност с течение на времето

Обратна връзка за качеството на заварката: Проверете проникването и формирането на повърхността

Дневници с аларми от процеса: Наблюдавайте аларми за стабилност на заваръчната енергия

Напреднали съоръжения могат също да използват коаксиално визионно оборудване или мониторинг на лазерната мощност за диагностика.

VII. Стратегии за предпазване и поддръжка

Оптичното замърсяване може да се контролира чрез управление на процеса и превантивна поддръжка:

Използвайте предпазни лещи и ги сменяйте редовно

Добавете странично или коаксиално защитно газово захранване

Използвайте високочисти спомагателни газове (аргон/азот)

Монтирайте системи за отвеждане на дим, за да се намали отлагането

Оптимизирайте параметрите на процеса, за да се минимизира разпръскването

Използвайте специализирани алкохолни препарати и парцали за почистване на оптика

Въведете проследяване на пропускане на светлина и управление на живота на компонентите

Тези практики са задължителни за индустрии с високи изисквания за последователност, като производството на батерии.

VIII. Заключение

Замърсяването на оптичната система е ключов скрит фактор, който води до влошаване на качеството на лазерното заваряване. То има скрит, натрупващ и разрушителен характер. Чрез подобряване на мониторинга на замърсяването, оптимизация на технологичните параметри и въвеждане на протоколи за поддръжка, може да се удължи животът на оптичните компоненти и да се подобри стабилността и последователността на заварката. Докато лазерната технология продължава да навлиза в областите на прецизното производство, управлението на оптичното замърсяване ще стане критичен елемент, влияещ върху добива и контрола на разходите.