Inleiding & Achtergrond
Met de toenemende vraag naar productie-efficiëntie hecht de moderne productie veel waarde aan hoge- efficiëntie, flexibele en milieuvriendelijke verwerkingstechnologieën. Laserlassen wordt op grote schaal toegepast in de lucht- en ruimtevaart-, automobiel-, scheepsbouw- en andere industrieën vanwege de hoge kwaliteit, precisie, minimale vervorming en uitzonderlijke efficiëntie. Onder de vele factoren die de laskwaliteit beïnvloeden, speelt beschermgas een cruciale rol.
De opkomst van vezellasers met hoog{0}}vermogen heeft de populariteit van laserlassen versneld, vooral in de auto-industrie. Vezellasers werken op een golflengte van 1070 nm, aanzienlijk korter dan de golflengte van 10,6 μm van CO2-lasers. Omdat materialen bij verschillende golflengten verschillende absorptiesnelheden vertonen, verschillen de laseigenschappen van fiberlasers inherent van die van CO2-lasers. Uitgebreid onderzoek naar beschermgas voor fiberlaserlassen blijft echter beperkt. Om deze leemte aan te pakken, voert dit onderzoek een reeks parametertests uit op roestvrij staal om het begrip van fiberlaserlassen te verdiepen.
Experimentele opstelling
De experimenten werden uitgevoerd op 3 mm dikke SUS304 roestvrijstalen platen met behulp van een IPG YLR-6000 fiberlaser (maximaal uitgangsvermogen: 6 kW; straaldivergentie: 8 mrad). Het lasersysteem werd geïntegreerd met een KUKA KR60HA 6-DOF-robot. Het beschermgasmondstuk had een binnendiameter van 4 mm en was 4 mm boven het werkstuk geplaatst.
Om variabelen te isoleren, werden de volgende lasparameters constant gehouden:
- Laservermogen:1 kW
- Lassnelheid:1,5 m/min
- Brandpuntsafstand:250 mm
- Hoeveelheid onscherpte:0 mm
- Lasmethode:Enkel-zijdig laswerk-op-plaatlassen
Er werden vier reeksen experimenten uitgevoerd om de effecten te evalueren van:
- Gastype:Vergelijking van de effecten van pure Ar, He en N₂.
- Gasmengverhouding:Onderzoeken hoe variërende Ar-He-mengverhoudingen de morfologie en penetratie van het lasoppervlak beïnvloeden.
- Blaashoek:Evaluatie van de invloed van zijdelingse{0}}blaashoeken op laspenetratie.
- Gasuitlijningspositie:Analyseren hoe de offset tussen het gasafleverpunt en de laserspot de lasvorming beïnvloedt.
Resultaten en discussie
Gastype-effect:Bij gebruik van een enkel beschermgas volgde de laspenetratiediepte de volgorde He > N₂ > Ar, wat wordt toegeschreven aan de verschillen in gasionisatie-energie en plasma-onderhoudsdrempels.
Mengverhouding en stroomsnelheid:Hogere He-concentraties in Ar-He-mengsels, evenals hogere totale gasstroomsnelheden, leidden tot een overeenkomstige toename van de penetratiediepte.
Blaashoekeffect:De laspenetratie nam af naarmate de zijdelingse uitblaashoek groter werd. Deze reductie wordt veroorzaakt door veranderingen in de gasstroomtoestand (overgang tussen laminaire en turbulente stroming) over het werkstukoppervlak.
Uitlijningspositie-effect:De trend van laspenetratie varieerde met de relatieve afstand tussen het gasafleverpunt en de laserspot. De maximale penetratiediepte werd bereikt wanneer het gasafleverpunt zich ongeveer ±1,5 mm van de laserspot bevond, terwijl de minimale diepte plaatsvond toen het gas direct op één lijn lag met het midden van de laserspot.