Metoder för kontroll av värmeinverkad zon vid lasermarkeringsmaskiner

En lasermarkeringsmaskin är en anordning som använder en högenergidens laserstråle för att skapa beständiga märken på materialytan. Under markeringsprocessen genererar lasern värme på materialytan och dess omgivning, vilket bildar en värmepåverkad zon (HAZ). HAZ kan orsaka färgförändring, brännskador eller lokal stress, vilket påverkar kvaliteten på markeringen. I den här artikeln analyseras HAZ ur tre aspekter: bildningsmekanism, inverkande faktorer och kontrollmetoder.

1. Bildningsmekanism för den värmepåverkade zonen

Vid lasermärkning fokuseras laserstrålen på arbetsstyckets yta genom ett fokussystem. Materialet absorberar laserenergin, värms snabbt upp och genomgår lokal förångning eller smältning. Den omgivande zonen som inte fullständigt förångats upplever temperaturhöjning på grund av värmeledning, vilket bildar värmepåverkad zon (HAZ). Nyckelkaraktäristika för HAZ inkluderar:

Beroende av fläckstorlek: Större laserfläckar sprider värmen över ett större område, vilket resulterar i en större HAZ.

Materialets termiska ledningsförmåga: Metaller med hög termisk ledningsförmåga sprider värmen snabbt, vilket ger en större HAZ, medan material med låg termisk ledningsförmåga begränsar värmen, vilket resulterar i en mindre HAZ.

Pulsenergi och varaktighet: Hög effekt, långa pulser eller kontinuerlig vågform tenderar att öka värmediffusionen.

2. Faktorer som påverkar storleken på den värmepåverkade zonen

Laserkraft
Högre effekt resulterar i större energiabsorption, snabbare yttemperaturökning och bredare värmediffusion, vilket utvidgar HAZ.

Pulsbredd och upprepningstakt
Kortpulserade laserstrålar koncentrerar energi, begränsar värmen till fokuspunkten och minimerar den värmepåverkade zonen. Långa pulser eller hög upprepningstakt kan leda till värmeackumulering, vilket ökar den värmepåverkade zonen.

Fläckstorlek och fokusposition
Små, noga fokuserade fläckar koncentrerar värme och ger tydliga märken. Stora fläckar eller felaktig fokusering sprider värme och utvidgar den värmepåverkade zonen.

Skanningshastighet
Långsam skanning gör att lasern verkar längre på samma område, vilket ökar värmeackumuleringen. Snabbare skanning minskar lokal temperaturhöjning och förminskar den värmepåverkade zonen.

Materialegenskaper
Termisk ledningsförmåga, absorptionstakt och smältpunkt hos materialet påverkar direkt värmediffusionen. Till exempel har aluminium och koppar hög termisk ledningsförmåga och en stor värmepåverkad zon, medan plaster och keramer har en mindre värmepåverkad zon.

3. Metoder för att styra den värmepåverkade zonen

Optimera laserenergi och pulsparametrar
Justera effekt, pulsvidd och upprepningstakt enligt materialens egenskaper för att koncentrera energin i fokuspunkten utan överdriven diffusion. Korta pulser med hög topp-effekt minskar effektivt HAZ.

Justera fokuseringssystemet
Välj en lämplig lins med rätt brännvidd och se till att fokuspunkten exakt ligger på materialytan för att förhindra värmeutbredning. Mindre fläckstorlekar minskar HAZ.

Öka skanningshastigheten
Öka hastigheten på galvanometerscanners eller XY-stadier för att minska laserens uppehållstid, vilket minimerar lokal värmeackumulering.

Markering i steg eller med flera pass
För mörka eller tjocka material, använd flera pass med låg energi för att gradvis ackumulera värme utan att skapa en överdriven HAZ.

Hjälpkylning
Använd luftblåsning eller vattenkylning under markering för att avlägsna ytvarme och kontrollera värmediffusion.

Välj lämplig laser våglängd
Materialer absorberar olika våglängder på olika sätt. Genom att välja en lämplig våglängd förbättras märkningseffektiviteten och värmediffusionen minskas, vilket gör det möjligt att styra HAZ.

Värmeinverkade zonen är ett oundvikligt fenomen vid lasermarkering. Genom att optimera laserstyrka, pulsparametrar, fokussystem, skanningshastighet och använda kylåtgärder kan dock storleken på den värmeinverkade zonen effektivt kontrolleras, vilket säkerställer markningskvaliteten. Att kontrollera den värmeinverkade zonen förbättrar inte bara markningens klarhet och precision utan minskar även materialdeformation och ytskador, vilket gör det till en nyckelteknik för högprecisions lasermarkering.