Metoder for kontroll av varmepåvirket sone for lasermerkemaskiner

En lasermerkemaskin er en enhet som bruker en laserstråle med høy energitetthet til å lage varige merker på overflaten av materialer. Under merkeprosessen genererer laseren varme på materialoverflaten og området rundt, og danner en varmepåvirket sone (HAZ). HAZ kan føre til misfarging, brening eller lokal spenning, noe som påvirker kvaliteten på merkingen. Denne artikkelen analyserer HAZ fra tre aspekter: dannelsesmekanisme, innflytelsesfaktorer og kontrollmetoder.

1. Dannelsesmekanisme for den varmepåvirkede sonen

Under lasermerking fokuseres laserstrålen på arbeidsstykkets overflate gjennom et fokussystem. Materialet absorberer laserenergien, varmes raskt opp og gjennomgår lokal fordamping eller smelting. Området rundt som ikke fullstendig fordamper, får økt temperatur på grunn av varmeledning, og danner dermed varmepåvirkningssonen. Hovedegenskaper ved varmepåvirkningssonen inkluderer:

Avhengighet av flekkstørrelse: Større laserflekker fordeler varmen over et bredere område, noe som resulterer i en større varmepåvirkningsone.

Materialets termiske ledningsevne: Metaller med høy termisk ledningsevne spres varme raskt, noe som fører til en større varmepåvirkningsone, mens materialer med lav termisk ledningsevne begrenser varmen, noe som gir en mindre varmepåvirkningsone.

Pulsenergi og varighet: Høy effekt, lange pulser eller kontinuerlig bølgetilstand har tendens til å øke varmediffusjon.

2. Faktorer som påvirker størrelsen på varmepåvirkningssonen

Laserkraft
Høyere effekt fører til større energiabsorpsjon, raskere oppvarming av overflaten og bredere varmediffusjon, og utvider dermed varmepåvirkningssonen.

Pulsbredde og repetisjonsfrekvens
Kortpuls-lasere konsentrerer energi, begrenser varme til fokuspunktet og minimerer varmepåvirket sone (HAZ). Lange pulser eller høy repetisjonsfrekvens kan føre til akkumulering av varme, noe som øker HAZ.

Spotstørrelse og fokusposisjon
Små, nøyaktig fokuserte spots konsentrerer varme, noe som gir skarpe merker. Store spots eller feil fokus spres varmen og utvider HAZ.

Skanningshastighet
Langsom avsøking fører til at laseren holder seg lenger på samme område, noe som øker varmeakkumulering. Raskere avsøking reduserer lokal temperaturstigning og minsker HAZ.

Materielle eigenskapar
Termisk ledningsevne, absorpsjonsgrad og smeltepunkt for materialet påvirker direkte varmespredning. For eksempel har aluminium og kobber høy termisk ledningsevne og en stor HAZ, mens kunststoffer og keramer har en mindre HAZ.

3. Metoder for å kontrollere varmepåvirket sone

Optimaliser laserstrøm og pulsparametre
Juster effekt, pulsbredde og repetisjonsfrekvens i henhold til materialegenskapene for å konsentrere energi i fokuspunktet uten overmessen diffusjon. Korte pulser med høy topp-effekt reduserer effektivt HAZ.

Juster fokussystemet
Velg en passende brennviddelinse og sørg for at fokuspunktet er nøyaktig på materialeoverflaten for å forhindre varmespredning. Mindre flekkstørrelser reduserer HAZ.

Øk skanningshastighet
Øk hastigheten til galvanometer-scannere eller XY-trinn for å redusere laserens oppholds tid og minimere lokal varmeakkumulering.

Merking i trinn eller med flere passeringer
For mørke eller tykke materialer, bruk flere passeringer med lav energi for gradvis varmeopptak uten å skape overdreven HAZ.

Tilleggsavkjøling
Bruk luftblåsing eller vannkjøling under merking for å fjerne overflatevarme og kontrollere varmespredning.

Velg passende laserbølgelengde
Materialer absorberer forskjellige bølgelengder på ulik måte. Å velge en passende bølgelengde forbedrer merkeeffektiviteten og reduserer varmespredning, og dermed kontrolleres HAZ.

Varme påvirket sone er et unngåelig fenomen ved lasermerking. Ved å optimere laserstyrke, pulsparametere, fokuseringssystem, avskanningshastighet og bruke kjøling, kan størrelsen på den varme påvirkede sonen effektivt kontrolleres, noe som sikrer kvaliteten på merkingen. Å kontrollere HAZ forbedrer ikke bare klarheten og presisjonen i merkingen, men reduserer også materialforvridning og overfladeskader, og er derfor en nøkkelt teknologi for høypresisjons lasermerking.