تأثير حماية الغاز على لحام ألياف الفولاذ المقاوم للصدأ بالليزر

مع تزايد الطلب على كفاءة الإنتاج، فإن التصنيع الحديث يقدر بشدة تقنيات المعالجة ذات الكفاءة العالية والمرونة والصديقة للبيئة. لقد تم اعتماد اللحام بالليزر على نطاق واسع في مجال الطيران والسيارات وبناء السفن وغيرها من الصناعات نظرًا لجودته العالية ودقته والحد الأدنى من التشوه وكفاءته الاستثنائية. من بين العوامل العديدة التي تؤثر على جودة اللحام، يلعب غاز التدريع دورًا حاسمًا.

أدى ظهور ألياف الليزر عالية الطاقة- إلى تسريع انتشار اللحام بالليزر، خاصة في صناعة السيارات. تعمل ليزرات الألياف بطول موجة يبلغ 1070 نانومتر، وهو أقصر بكثير من الطول الموجي 10.6 ميكرومتر لليزر ثاني أكسيد الكربون. نظرًا لأن المواد تظهر معدلات امتصاص مختلفة عند أطوال موجية مختلفة، فإن خصائص اللحام بالليزر الليفي تختلف بطبيعتها عن تلك الخاصة بليزر ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، لا تزال الأبحاث الشاملة حول حماية الغاز من أجل اللحام بليزر الألياف محدودة. لمعالجة هذه الفجوة، تجري هذه الدراسة سلسلة من اختبارات المعلمات على الفولاذ المقاوم للصدأ لتعميق فهم لحام الألياف بالليزر.

تم إجراء التجارب على ألواح من الفولاذ المقاوم للصدأ SUS304 بسماكة 3 مم باستخدام ليزر ألياف IPG YLR-6000 (طاقة الخرج القصوى: 6 كيلو واط؛ انحراف الشعاع: 8 مللي راد). تم دمج نظام الليزر مع روبوت KUKA KR60HA 6-DOF. يبلغ قطر فوهة الغاز الواقية 4 مم وتم وضعها على ارتفاع 4 مم فوق قطعة العمل.

لعزل المتغيرات، تم الحفاظ على معلمات اللحام التالية ثابتة:

• قوة الليزر:1 كيلو واط
• سرعة اللحام:1.5 م/دقيقة
• البعد البؤري:250 ملم
• كمية إلغاء التركيز:0 ملم
• طريقة اللحام:-خرزة أحادية الجانب-على-لوحة اللحام

تم إجراء أربع مجموعات من التجارب لتقييم آثار:

1. نوع الغاز:مقارنة تأثيرات Ar وHe وN₂ النقية.
2. نسبة خلط الغاز:التحقق من مدى تأثير اختلاف نسب الخلط على شكل سطح اللحام والاختراق.
3. زاوية النفخ:تقييم تأثير زوايا النفخ-الجانبية على اختراق اللحام.
4. موقف محاذاة الغاز:تحليل كيفية تأثير الإزاحة بين نقطة توصيل الغاز ونقطة الليزر على تكوين اللحام.

تأثير نوع الغاز:عند استخدام غاز حماية واحد، يتبع عمق اختراق اللحام ترتيب He > N₂ > Ar، والذي يعزى إلى الاختلافات في طاقة تأين الغاز وعتبات صيانة البلازما.

نسبة الخلط ومعدل التدفق:أدت التركيزات الأعلى من He في مخاليط Ar-، بالإضافة إلى ارتفاع إجمالي معدلات تدفق الغاز، إلى زيادة مقابلة في عمق الاختراق.

تأثير زاوية النفخ:انخفض اختراق اللحام مع زيادة-زاوية النفخ الجانبية. هذا التخفيض مدفوع بالتغيرات في حالة تدفق الغاز (الانتقال بين التدفق الصفحي والمضطرب) عبر سطح قطعة العمل.

تأثير موضع المحاذاة:يختلف اتجاه اختراق اللحام مع المسافة النسبية بين نقطة توصيل الغاز ونقطة الليزر. تم تحقيق أقصى عمق للاختراق عندما تمت إزاحة نقطة توصيل الغاز بحوالي ± 1.5 مم من بقعة الليزر، بينما حدث الحد الأدنى للعمق عندما تمت محاذاة الغاز مباشرة مع مركز بقعة الليزر.