Utjecaj zaštitnog plina na lasersko zavarivanje vlakana od nehrđajućeg čelika

Uz rastuće zahtjeve za efikasnošću proizvodnje, moderna proizvodnja visoko cijeni visoku-efikasnost, okretnu i ekološki prihvatljivu tehnologiju obrade. Lasersko zavarivanje je široko prihvaćeno u svemirskoj, automobilskoj, brodogradnji i drugim industrijama zbog visokog kvaliteta, preciznosti, minimalne deformacije i izuzetne efikasnosti. Među brojnim faktorima koji utiču na kvalitet zavara, zaštitni gas igra ključnu ulogu.

Pojava lasera sa vlaknima velike snage-ubrzala je popularizaciju laserskog zavarivanja, posebno u automobilskoj industriji. Fiber laseri rade na talasnoj dužini od 1070 nm, što je znatno kraće od talasne dužine CO2 lasera od 10,6 μm. Budući da materijali pokazuju različite stope apsorpcije na različitim talasnim dužinama, karakteristike zavarivanja lasera sa vlaknima se inherentno razlikuju od onih CO2 lasera. Međutim, sveobuhvatno istraživanje zaštitnog plina za lasersko zavarivanje s vlaknima ostaje ograničeno. Kako bi se riješio ovaj jaz, ova studija provodi seriju parametarskih testova na nehrđajućem čeliku kako bi se produbilo razumijevanje laserskog zavarivanja vlaknima.

Eksperimenti su izvedeni na pločama od nerđajućeg čelika SUS304 debljine 3 mm korišćenjem IPG YLR-6000 fiber lasera (maksimalna izlazna snaga: 6 kW; divergencija snopa: 8 mrad). Laserski sistem je integrisan sa robotom KUKA KR60HA 6-DOF. Mlaznica zaštitnog plina imala je unutrašnji prečnik od 4 mm i bila je postavljena 4 mm iznad radnog komada.

Za izolaciju varijabli, sljedeći parametri zavarivanja su održavani konstantnim:

• Snaga lasera:1 kW
• Brzina zavarivanja:1,5 m/min
• žižna daljina:250 mm
• Količina defokusiranja:0 mm
• Metoda zavarivanja:Jedno-strano zavarivanje{1}}na-ploče

Provedena su četiri seta eksperimenata kako bi se procijenili efekti:

1. Vrsta plina:Poređenje efekata čistog Ar, He i N₂.
2. Omjer miješanja plina:Istraživanje kako različiti omjeri miješanja Ar-He utiču na morfologiju i penetraciju površine zavara.
3. Ugao puhanja:Procjena uticaja bočnih{0}}uglova duvanja na prodor zavara.
4. Položaj poravnanja plina:Analizirajući kako pomak između tačke isporuke gasa i laserske tačke utiče na formiranje vara.

Utjecaj vrste plina:Pri korištenju jednog zaštitnog plina, dubina prodiranja šava slijedila je red He > N₂ > Ar, što se pripisuje razlikama u energiji jonizacije plina i pragovima održavanja plazme.

Omjer miješanja i brzina protoka:Veće koncentracije He u mješavinama Ar-He, kao i veće ukupne brzine protoka gasa, dovele su do odgovarajućeg povećanja dubine prodiranja.

Efekat ugla puhanja:Prodor šava se smanjio kako se ugao bočnog{0}}puhanja povećavao. Ovo smanjenje je uzrokovano promjenama stanja protoka plina (prijelaz između laminarnog i turbulentnog toka) preko površine obratka.

Efekat položaja poravnanja:Trend penetracije šava varirao je u zavisnosti od relativnog rastojanja između tačke isporuke gasa i laserske tačke. Maksimalna dubina prodiranja postignuta je kada je tačka isporuke gasa bila pomerena za približno ±1,5 mm od laserske tačke, dok je minimalna dubina nastala kada je gas bio poravnat direktno sa centrom laserske tačke.