Berapa Ketebalan yang Boleh Dilas oleh Pengelas Laser Tangan?

had Ketebalan Pengelas Laser Tangan 1000W Mengikut Bahan

Penembusan satu-laluan yang realistik pada keluli tahan karat dan keluli karbon

Sebuah pengimpal laser tangan berkuasa 1000 watt boleh mencapai penembusan tunggal yang baik melalui bahan setebal kira-kira 2 hingga 3 mm apabila digunakan pada keluli karbon atau keluli tahan karat 304, tetapi hanya jika permukaan bersih dan semua tetapan proses adalah tepat. Sebab had tertentu ini berkaitan dengan jumlah kuasa sebenar yang diperlukan untuk memulakan dan mengekalkan apa yang kita sebut sebagai pengimpalan mod lubang kunci. Kekonduksian terma keluli sekitar 50 watt per meter Kelvin membantu pemindahan tenaga secara cekap semasa proses tersebut. Ujian di tapak kerja sebenar menunjukkan bahawa penembusan 3 mm berfungsi secara konsisten untuk keluli tahan karat 304 apabila bergerak pada kelajuan kira-kira 0.8 meter per minit dengan perlindungan gas argon. Keluli karbon memerlukan kerja persediaan tambahan untuk mengeluarkan skala kilang, jika tidak akan berlaku isu keropos apabila cuba mengimpal ketebalan 2.5 mm. Menjaga titik fokus dalam lingkungan plus atau minus 0.2 mm dari kedalaman unggul adalah sangat penting bagi kelancaran lelehan. Tanpa perlindungan gas lengai yang mencukupi, masalah pengoksidaan permukaan boleh mengurangkan penembusan berkesan sehingga 15 peratus.

Mengapa aluminium, tembaga, dan gangsa terhad kepada 1.5 mm—walaupun dengan susunan optimum

Bekerja dengan logam bukan ferus menciptakan cabaran sebenar apabila cuba mencapai penembusan yang dalam menggunakan peralatan tangan piawai berkuasa 1000 watt. Ambil aluminium sebagai contoh, ia memantulkan kira-kira 90% cahaya laser yang masuk dan mengalirkan haba dengan sangat cepat (sekitar 240 watt per meter Kelvin) sehingga kebanyakan operator sukar untuk melebihi kedalaman 1.5 mm dalam satu laluan, walaupun mereka menggunakan teknik seperti osilasi alur dan perisai helium. Kuprum lebih teruk lagi kerana kekonduksian termanya meningkat kepada kira-kira 400 W/mK, yang bermaksud haba keluar terlalu pantas sehingga ramai juruteknik perlu memanaskan awal bahan tersebut hanya untuk mencapai kedalaman 1.2 mm. Loyang pula membawa masalah lain sama sekali kerana zink mula mengewap apabila kita melebihi kedalaman 1.5 mm, menyebabkan lubang-lubang kecil yang mengganggu dan menjadikan pelekapan tidak konsisten merentasi kimpalan. Penyelidikan yang diterbitkan dalam jurnal-jurnal terkemuka menunjukkan bahawa walaupun laser cahaya biru yang canggih dan gas perisai khas tidak dapat melebihi 1.3 mm pada aloi kuprum disebabkan oleh had fizikal asas berkaitan bagaimana elektron berinteraksi dengan fonon. Cubaan membuat kimpalan pelbagai laluan biasanya menyebabkan terlalu banyak distorsi dan ikatan yang lemah antara laluan kecuali jika menggunakan mesin berkuasa melebihi 1500 watt, yang menjadikan pembinaan sambungan tebal hampir mustahil pada unit tangan biasa berkuasa 1000 watt.

Bagaimana Kuasa Lebih Tinggi (1500W–4000W) Meningkatkan Kapasiti Ketebalan—Dan Di Mana Pulangan Berkurang Bermula

Trend pemalaran penembusan: daripada 3 mm (1000W) hingga 6.5 mm (4000W) dalam keluli karbon pelbagai laluan

Meningkatkan kuasa laser daripada sekitar 1000 watt hingga 4000 watt membolehkan penghasilan kimpalan yang jauh lebih dalam ketika bekerja dengan keluli karbon. Pada tetapan kuasa yang lebih rendah seperti 1000W, kita biasanya mendapat sekitar 3mm setiap laluan, tetapi meningkatkannya kepada 4000W boleh memberikan kedalaman keseluruhan kira-kira 6.5mm selepas beberapa laluan. Sebab peningkatan ini terletak pada sejauh mana tenaga diserap ke dalam bahan serta kawalan yang lebih baik terhadap penghantaran haba menerusi lapisan-lapisan berbeza. Keluli karbon tidak banyak memantulkan cahaya, jadi alur sinar berintensiti tinggi ini ditukarkan dengan agak cekap kepada tenaga peleburan. Namun begitu, terdapat titik di mana peningkatan kuasa tidak lagi memberi manfaat secara berkadar apabila melebihi sekitar 3000W kerana isu seperti perisai plasma mula mengganggu dan haba merebak secara melintang terlalu banyak. Untuk mengekalkan kualiti struktur yang baik semasa membina kedalaman lapisan demi lapisan, kebanyakan bengkel menggunakan teknik pelbagai laluan strategik dengan jeda penyejukan yang teliti di antara setiap laluan. Tetapi inilah masalahnya: setiap milimeter tambahan memerlukan kelajuan pergerakan yang jauh lebih perlahan dan penyesuaian parameter yang jauh lebih halus, yang seterusnya mengurangkan masa pengeluaran dan menambah beban kerja bagi operator di lapangan.

Paradoks bukan linear: mengapa 2000W tidak mengimpal dua kali ganda ketebalan berbanding 1000W

Menggandakan kuasa laser tidak tidak menggandakan penembusan—salah faham biasa yang berasal daripada anggapan tenaga yang terlalu disederhanakan. Walaupun 1000W mencapai ~3 mm pada keluli karbon, 2000W biasanya hanya memberikan 4.5–5 mm—bukan 6 mm. Ketidaklinearan ini timbul daripada tiga kekangan fizik yang saling berkaitan:

• Serakan pancaran : Lubang kunci yang lebih dalam melebarkan zon interaksi, menyebarkan tenaga ke atas isipadu yang lebih besar
• Pereputan haba eksponensial : Kadar konduksi haba meningkat dengan ketara mengikut suhu puncak
• Gangguan plasma : Wap logam termion pada ~1500W mula menyerap dan menyelerakkan foton tuju

Apa yang benar-benar penting untuk penembusan bukan sekadar seberapa banyak kuasa yang kita gunakan, tetapi betapa tumpuannya kuasa tersebut. Apabila seseorang menggandakan output kuasa, mereka tidak mendapat kesan dua kali ganda kecuali mereka juga membuat alur pancaran jauh lebih kecil. Dalam situasi dunia sebenar, walaupun kuasa meningkat sebanyak 100%, saiz tompok sebenar hanya menjadi kira-kira 30% lebih kecil. Setelah mencapai sekitar 3000 watt, kecekapan mula menurun dengan cepat. Peningkatan dari 3000 ke 4000 watt hanya memberikan penembusan kira-kira 25% lebih dalam, yang kelihatan agak lemah bagi lompatan kuasa sebesar itu. Untuk kerja-kerja yang memerlukan potongan lebih daripada 5mm, adalah lebih bijak untuk menilai kos setiap milimeter tambahan dan sejauh mana kompleksnya persediaan sistem. Kadangkala kaedah lain seperti menggabungkan kimpalan MIG dengan laser atau menggunakan arka denyutan sebenarnya boleh menjadi lebih murah dan lebih mudah dalam jangka panjang.

Parameter Proses Kritikal Yang Menentukan Kedalaman Kimpalan Sebenar

Kedudukan fokus, goyangan alur, dan saiz tompok: tuas ketepatan untuk penembusan yang konsisten

Kedalaman penembusan yang dicapai dengan pengimpal laser tangan 1000W sangat bergantung kepada tiga faktor utama yang berkaitan dengan tetapan optik dan pergerakan. Walau bagaimanapun, kedudukan fokus adalah yang paling penting. Jika fokus menyimpang walaupun hanya separuh milimeter dari sasaran, kedalaman penembusan boleh berubah sehingga 20% apabila bekerja dengan bahan keluli tahan karat kerana keamatan kuasa menurun pada permukaan di mana ia sepatutnya paling kuat. Apabila operator memperkenalkan osilasi alur atau apa yang sesetengah orang panggil goyangan, mereka sebenarnya mencipta kawasan lebur leburan yang lebih luas. Ini membantu menampung jurang dengan lebih baik pada sambungan yang lebih tebal. Sebaliknya, mengurangkan saiz tompok melebihi 0.2 mm secara mendadak meningkatkan ketumpatan kuasa yang membawa kepada pelinciran yang lebih dalam dalam bahan. Pengilang yang telah menguji sistem-sistem ini untuk aplikasi logam lembaran automotif mendapati bahawa mengekalkan kawalan fokus dalam lingkungan tambah tolak 0.1 mm sepanjang pengeluaran memastikan keputusan yang konsisten yang memenuhi keperluan struktur dari satu kitaran ke kitaran yang lain.

Kelajuan pengimbasan berbanding masa tahan: mengoptimumkan untuk 6.5 mm (¼ inci) dalam konfigurasi pelbagai laluan

Mendapatkan keseimbangan yang tepat antara kelajuan imbasan dan masa rehat antara lapisan adalah penting apabila mengimpal bahagian tebal seperti keluli karbon 6.5 mm jika kita mahukan penembusan penuh tanpa masalah seperti tembusan atau celah sejuk. Apabila operator meningkatkan kelajuan imbasan melebihi kira-kira 10 mm sesaat, ini akan mengurangkan input haba dan mengecilkan Zon Terjejas Haba, tetapi terdapat risiko nyata ketidaklengkapan pelakuran dalam laluan kimpalan yang lebih dalam tersebut. Kebanyakan tukang kimpal berpengalaman yang bekerja dengan sambungan 6.5 mm mendapati bahawa meninggalkan jeda sekitar 400 hingga 600 milisaat di antara setiap lapisan adalah yang terbaik. Jeda pendek ini membolehkan logam mula membeku sebahagiannya dan mengurangkan tekanan dalaman, yang membantu mencipta laluan akar yang stabil. Bergerak terlalu perlahan, katakan kurang daripada 3 mm sesaat, hanya akan mengumpulkan terlalu banyak haba dan mencipta kolam lebur yang tidak stabil. Dan jika masa rehat turun di bawah 300 ms, terutamanya dalam dua tiga lapisan pertama, kimpalan cenderung mempunyai ikatan yang lemah antara lapisan. Namun, nilai-nilai ini bukanlah muktamad. Ia perlu dilaraskan berdasarkan faktor-faktor seperti jenis keluli yang digunakan, bentuk sambungan, dan juga keadaan suhu bilik. Walaupun begitu, nilai-nilai ini memberikan titik permulaan yang baik kepada sesiapa sahaja yang sedang membangunkan proses pengimpalan mereka.