Lāzera metināšanas mašīnas optiskās sistēmas piesārņojuma ietekme uz metināšanas kvalitāti

I. Ievads

Lāzera metināšanas tehnoloģija tiek plaši izmantota litija bateriju hermētiskās noslēgšanā, patēriņa elektronikā, medicīnisko ierīču ražošanā un metālapstrādē pateicoties tās augstai enerģijas blīvumam, metināšanas precizitātei un zemajai deformācijai. Tomēr ilgstošas darbības laikā lāzera metināšanas mašīnas optiskā sistēma ir pakļauta piesārņojumam ar dūmiem, šķēlumiem, eļļu un mitrumu, kas ietekmē staru pārraides kvalitāti un galu galā samazina metināšanas stabilitāti. Optisks piesārņojums ir kļuvis par potenciālu slēptu faktoru, kas ietekmē metināšanas kvalitāti, un to vajadzētu risināt gan no procesa, gan apkopes viedokļa.

II. Optiskās sistēmas loma lāzera metināšanas mašīnās

Tipiska optiskā sistēma galvenokārt sastāv no:

Lāzera izejas logs

Kolimatoris/staru izplešanas ierīce

Skenēšanas galvanometrs (ja piemērojams)

Fokusējošais objektīvs vai F-Theta objektīvs

Aizsargobjektīvs (lai aizsargātu optiskos komponentus)

Optiskās sistēmas pamatfunkcija ir pārraidīt un precīzi fokusēt augstas enerģijas lāzera starus uz metināšanas zonu. Tāpēc optisko virsmu tīrība un caurspīdīgums ir kritiski svarīgi efektīvai enerģijas savienošanai metināšanas laikā.

III. Galvenie optisko piesārņojuma avoti

Optiskais piesārņojums galvenokārt rodas no šādiem avotiem:

Dūmi un tvaiku kondensāti
Augstas temperatūras metināšanas rezultātā radies metāla tvaiks kondensējas par daļiņām, kas nogulsnējas uz optiskajām virsmām.

Kūstošu šķekļu pielipšana
Veicot dziļas iekļūšanas metināšanu vai nestabilu apstrādi, kūstošas piliens var pielipt pie aizsarglēcām.

Mitruma un eļļas plēves
Saknes eļļainos gaisa kompresorus, ūdens dzesēšanas sistēmu noplūdes vai apkārtējās mitruma veidoto plāno plēvi, kas samazina caurspīdīgumu.

Pirkstu nospiedumi un tīrīšanas atlikumi
Cilvēka kontakts vai nepiemēroti šķīdinātāji var izraisīt sekundāru piesārņojumu optiskajās virsmās.

Šie piesārņotāji var parādīties kā putekļi, eļļas plēves, cieti daļiņas vai degšanas pēdas.

IV. Mekānismi, kā optisks piesārņojums ietekmē metināšanas kvalitāti

Optisks piesārņojums galvenokārt ietekmē metināšanas kvalitāti šādos veidos:

1. Lāzera enerģijas samazināšanās

Piesārņojums samazina staru caurlaidību, izraisot nepietiekamu metināšanas enerģiju. Biežākie simptomi ietver:

Nepietiekama metinājuma caururbšana

Savienojuma trūkums vai vāji metinājumi

Tumšāki vai pārtraukti metinājumu šuves

Sašaurināts procesa logs

Materiāli, kas ir jutīgi pret enerģijas līmeņiem (piemēram, alumīnijs, vara, bateriju kontaktplāksnes), tiek ietekmēti ievērojami vairāk.

2. Staru distorsija un fokusa nobīde

Saskarne maina staru izplatīšanās raksturlielumus, izraisot fokusa kustību vai nenovienmēru enerģijas sadalījumu, kas var novest pie:

Nestabili metinājuma platumi

Metināšanas ceļa novirze

Palielināta kūstošā baseina svārstība

Samazināta metināšanas stabilitāte

Augstas precizitātes metināšanā fokusa nobīde par desmitiem līdz simtiem mikronu var būtiski ietekmēt iznākuma likmi.

3. Palielināts termisko bojājumu risks optiskajiem komponentiem

Saskarnes absorbē lāzera enerģiju un rada lokālu siltumu, kas potenciāli var izraisīt:

Aizsarglēcu degšanas pēdas vai pārklājuma atslāņošanās

Degšanas plankumi staru izplešanas ierīcēs vai skenēšanas lēcās

Bojājums lāzera izvades logā

Optiskie bojājumi parasti ir neatgriezeniski un prasa komponentu nomaiņu, kas palielina izmaksas.

4. Metināšanas procesa nenormāli darbības traucējumi un nestabilitāte

Optiska piesārņojuma sekas var būt:

Nevienmērīga kausējuma vanna

Palielināta porainība

Rupji metinājuma šuves vai iegravējumi

Sistēmas trauksmes signāli vai enerģijas svārstības

Automatizētās ražošanas līnijās šādas problēmas tieši ietekmē vienmērīgumu un caurlaidību.

V. Materiālu jutīguma atšķirības (bez salīdzinājuma tabulām)

Dažādi metināšanas materiāli rāda atšķirīgu jutību pret optisko piesārņojumu, piemēram:

Alumīnijs: Augsta atstarošanas spēja un ļoti jutīgs pret nepietiekamu enerģiju; pat neliels piesārņojums var izraisīt nepilnu iededzināšanos vai apakšgriezumu.

Varš vai baterijas kontaktplāksnes: Nepieciešama ļoti stabila enerģija; piesārņojums izraisa vājus metinus, kas ietekmē elektrovadītspēju un baterijas cikla veiktspēju.

Nerūsējošais tērauds: Piesārņojums rada raupjas metinājuma virsmas, aptumšotas metinājuma šuves un neatbilstošu iededzināšanos.

Oglekļa tērauds: Rada vairāk šķēlumu un ātri piesārņo optiku, palielinot aizsarglēcu patēriņu un procesa nestabilitāti.

Šos riskus var pietiekami precīzi aprakstīt tekstā, neizmantojot diagrammas vai vizuālus salīdzinājumus.

VI. Noteikšanas un novērtēšanas metodes

Optisko piesārņojumu var noteikt, izmantojot šādas metodes:

Vizuālā pārbaude: Izmantojiet slīpu apgaismojumu, lai novērotu nogulsnes uz lēcu virsmām

Enerģijas vājināšanās uzraudzība: Sekojiet izvades jaudas novirzēm laika gaitā

Metināšanas kvalitātes atgriezeniskā saite: Pārbaudiet iekļūšanu un virsmas veidošanos

Procesa trauksmes žurnāli: Novērojiet metināšanas enerģijas stabilitātes trauksmes

Uzlabotās iekārtas diagnostikai var izmantot arī koaksiālo redzēšanu vai laseru jaudas uzraudzības iekārtas.

VII. Profilakses un uzturēšanas stratēģijas

Optisko piesārņojumu var kontrolēt, izmantojot procesu pārvaldību un profilaktisku uzturēšanu:

Izmantojiet aizsarglēcas un nomainiet tās regulāri

Pievienojiet sānu vai koaksiālu aizsarggāzi

Izmantojiet augstas tīrības palīggāzes (argonu/azotu)

Uzstādiet dūmu izsūkšanas sistēmas, lai samazinātu nogulsnēšanos

Optimizējiet procesa parametrus, lai minimizētu šķekeras

Izmantojiet speciālu alkoholu un optiskas salvetes tīrīšanai

Ieviesiet optiskās caurlaidības uzraudzību un optisko komponentu kalpošanas laika pārvaldību

Šie pasākumi ir būtiski nozarēm ar augstām prasībām attiecībā uz konsekvenci, piemēram, bateriju ražošanai.

VIII. Secinājums

Optisko sistēmu piesārņojums ir viens no galvenajiem slēptajiem faktoriem, kas izraisa laseruzvienošanas kvalitātes pasliktināšanos. Tam raksturīgas ir slēptas, uzkrājošas un destruktīvas iezīmes. Veicinot piesārņojuma uzraudzību, optimizējot procesa parametrus un izveidojot apkopes protokolus, var pagarināt optisko komponentu kalpošanas laiku un uzlabot savienošanas stabilitāti un konsekvenci. Tā kā lasera tehnoloģijas turpina izplatīties precīzas ražošanas jomās, optisko piesārņojumu pārvaldība kļūs par svarīgu elementu, kas ietekmē iznākuma līmeni un izmaksu kontroli.