Rapporto tra il grado di penetrazione della saldatura mediante laser e l’energia della linea di saldatura!

A causa della presenza di pori nei materiali della metallurgia delle polveri, la loro forza di incollaggio è molto inferiore a quella dei materiali di fusione. A condizione di garantire il passaggio della saldatura, si deve utilizzare l’energia minima di linea immessa per ridurre la zona termicamente alterata dalla saldatura. 

L’energia della linea di saldatura è l’energia per unità di lunghezza del laser che agisce sul senso della saldatura, che è un parametro importante per verificare se l’energia è effettivamente utilizzata. Le condizioni del processo di penetrazione totale della saldatura a penetrazione profonda con laser, la curva di penetrazione completa è correlata allo spessore della piastra. Per lamiere spesse, la curva stabile di saldatura a penetrazione profonda deve comprendere la curva di penetrazione completa. Per studiare l’influenza dell’energia della linea di saldatura sui risultati della saldatura, si studia il rapporto tra l’apporto energetico per unità di lunghezza della saldatura a laser di materie In polvere di Co (di seguito 'energia di linea') ela profondità di fusione. L’energia della linea di saldatura W (unità kj/cm) è definita come W=P/v

Dove P è la potenza laser incidente sulla superficie del pezzo e v è la velocità di saldatura.

Il laser EFA51 a CO2 e il sistema di focalizzazione f/5 sono stati utilizzati per condurre esperimenti su piastre campione sinterizzate puro a Co con spessori rispettivamente di 3 mm e 4 mm. La fiamma del plasma al di sopra del piccolo foro è compressa dal gas soffiato lateralmente e il flusso di gas è ad un angolo di 45o rispetto alla superficie del pezzo. L’insufflazione principale di gas ad argon protegge la piscina in fusione, e la saldatura posteriore di larghezza uniforme sul retro è considerata come una saldatura completamente penetrata.

L’apporto di calore per la saldatura a penetrazione totale dipende sia dalla potenza del laser che dalla velocità di saldatura. Quando la potenza del laser è costante, si può ottenere una velocità di saldatura con un apporto termico minimo. Analogamente, quando la velocità di saldatura è costante, è possibile ottenere anche una potenza termica minima. Dato che la potenza del laser e la velocità di saldatura aumentano in una certa misura, si può ottenere una saldatura stretta e profonda e la potenza termica diminuisce. Man mano che la velocità di saldatura diminuisce e la potenza aumenta, la penetrazione della saldatura diventa meno profonda.

La potenza laser della saldatrice a laser è assunta come 0,8-1,3 kW, la velocità di saldatura e la quantità disattivante sono regolate e lo spessore della piastra è di 3mm' Per ottenere la piena penetrazione si ottiene una serie di energia di linea in condizioni di piena penetrazione. I risultati mostrano che quando la potenza del laser è di 1,2 kW, l’energia di linea W ha un valore minimo, con v=15 mm/s, W= 0,8 kj/cm e il rapporto profondità/larghezza della saldatura è il più elevato. Ulteriori esperimenti alla condizione di 0,6 kj/cm di energia di linea hanno rilevato che la penetrazione della saldatura cambia con la potenza del laser. Nelle stesse condizioni di immissione dell’energia di linea, la penetrazione della saldatura aumenta con l’aumento della potenza del laser, mentre la larghezza della saldatura rimane pressoché invariata. Pertanto, per il metodo di saldatura basato sull’effetto pinbuto, l’aumento della densità di potenza del laser ha un effetto più evidente sull’aumento della penetrazione della saldatura che sulla riduzione della velocità di saldatura.

Esaminando la saldatura sulla superficie di un campione di 4 mm di spessore, si rileva che vi sono diversi punti di dispersione corrispondenti tra la penetrazione della saldatura e l’energia della linea. La curva dell’involucro di energia della linea saldata, vale a dire la curva dell’energia di linea minima, è mostrata nella figura. L’espressione matematica della curva di ingombro si ottiene mediante calcolo e analisi

H = -0. 32 + 3,6w0,25

Dove H è la profondità di penetrazione della saldatura (mm) e W è l’energia di linea (k/cm).

I dati di un dato parametro in una saldatura effettiva che cade su questa curva possono essere considerati un buon parametro. Se i dati selezionati si trovano al di sotto della curva di ingombro della figura, si può ritenere che il rendimento di utilizzazione dell’energia di questo sistema di saldatura sia basso, il che richiede l’analisi se sia dovuto al sistema di trasmissione laser o al sistema di focalizzazione e ad altri fattori. Va notato che nella maggior parte delle saldature a penetrazione profonda con laser i dati selezionati sono leggermente inferiori alla curva della figura, ma questi parametri di saldatura sono ancora accettabili. Per la saldatura a penetrazione profonda mediante laser, l’alta potenza e l’alta velocità possono migliorare l’uso efficace del laser e l’uso di una più elevata potenza laser può ottenere un intervallo di focalizzazione più ampio per la saldatura a penetrazione profonda stabile. Naturalmente, questo aumento della potenza del laser ha un certo limite, perché una potenza laser eccessiva aumenta l’assorbimento del laser da parte del plasma, il che riduce la profondità di penetrazione. In effetti, quando la potenza del laser è molto ridotta, si può ottenere un’energia di linea più grande riducendo la velocità di saldatura.

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