پارامترهای لیزر پالسی

با پارامترهای لیزر پالسی بیشتر اشنا شویم

۱.پارامترهای لیزر پالسی

اصطلاح پارامترهای پالسی در اینجا برای لیزرهای پالسی و مدوله شده/دردار، همانطور که در مقاله عملکرد دستگاه لیزر توضیح داده شده است، کاربرد دارد. جوش ایجاد شده توسط هر پالس با چگالی توان اوج و مدت زمان آن پالس تعیین می شود. پارامترهای مهم لیزر به شرح زیر تعریف می شوند:

حداکثر توان – این یک پارامتر مستقیم است که می تواند روی لیزر تنظیم شود و حداکثر توان هر پالس را تعیین می کند. واحدهای اوج توان وات (W) هستند.

عرض پالس – عرض پالس مدت زمان پالس لیزر است. واحدها میلی ثانیه هستند.

انرژی پالس – انرژی پالس انرژی موجود در یک پالس است. این حاصل ضرب توان پیک (Pp) و عرض پالس است که در معادله E = Pp x t نشان داده شده است. واحدهای انرژی پالس ژول (J) هستند.

 نرخ تکرار پالس

نرخ تکرار پالس برابر با تعداد پالس ها در ثانیه است که می تواند بر حسب واحد هرتز یا pps بیان شود.

میانگین توان

این امر زمانی اعمال می شود که از بیش از یک پالس استفاده شود، به عنوان مثال برای جوشکاری درز. این نشان دهنده توان میانگین در طول دوره پالس است و حاصل ضرب انرژی پالس و نرخ تکرار پالس (فرکانس) است. Pave = E x Hz. واحدهای مورد استفاده وات (W) هستند.

اندازه نقطه نوری

اندازه نقطه نوری قطر نقطه لیزر متمرکز روی قطعه کار است. توجه داشته باشید که این همان عرض جوش نیست، که در اکثر موارد بزرگتر از اندازه نقطه نوری است. برای جزئیات بیشتر به مقاله ما با نام تحویل پرتو لیزر مراجعه کنید.

۲. بهینه سازی حداکثر توان و عرض پالس

برای جوشکاری پالسی و مدوله شده/دریچه ای، حداکثر توان و عرض پالس پارامترهای کلیدی برای بهینه سازی هستند.

• توان پیک پارامتر اصلی جوش است و برای کنترل نفوذ استفاده می شود
• عرض پالس یک پارامتر تنظیم دقیق است که به عنوان تنظیم دقیق نفوذ و عرض جوش و همچنین تثبیت جوش در صورت نیاز استفاده می شود.
• نرخ تکرار پالس یا فرکانس پالس، گرمای داخل قطعه و چرخه حرارت حرارتی را برای جوش درز کنترل می کند.

افزایش عرض پالس باعث افزایش ابعاد جوش و ناحیه تحت تاثیر حرارت از طریق افزایش زمان انتقال حرارت می شود. اوج توان بهینه به عنوان اوج توانی تعریف می‌شود که عمیق‌ترین نفوذ را در یک انرژی معین بدون دفع مواد ایجاد می‌کند. جوش هایی که با توان های اوج بالا ساخته می شوند، جوش های عمیق باریکی را نشان می دهند که چرخه حرارتی بالایی را روی مواد جوش اعمال می کنند. برای افزایش عرض جوش، کاهش چرخه حرارتی، و به حداقل رساندن تغییرات عمق، می توان عرض پالس را افزایش داد تا مکانیزم جوشکاری مبتنی بر رسانایی بیشتر معرفی شود.

۳. جوشکاری درز

جوشکاری درز شامل قرار دادن یک سری جوش نقطه ای روی یک قطعه با جداسازی فیزیکی خاص است. پارامترهای جوشکاری درز شامل نرخ تکرار پالس، اندازه‌گیری شده بر حسب پالس در ثانیه (هرتز) و سرعت حرکت قطعه خطی یا سرعت جوشکاری است. درصد همپوشانی نقطه جوش به نقطه با درصد لکه قبلی که توسط لکه بعدی پوشانده شده است، تعریف می شود. برای جوشکاری هرمتیک یا درز، این معمولاً 80-90 درصد است. برای جوش های فقط با استحکام، حدود 60-70 درصد رایج تر است. درصد همپوشانی نقطه ای تابعی از سرعت، نرخ تکرار پالس و قطر نقطه متمرکز است

نفوذ موثر درز تابعی از همپوشانی نقطه جوش است. افزایش درصد همپوشانی نفوذی نزدیک به حداکثر نفوذ نقطه را فراهم می کند. شکل زیر یک نمایش شماتیک از همپوشانی نقطه در مقابل عمق نفوذ موثر برای درصدهای مختلف همپوشانی است.

۴. شکل دادن به پالس

در جوشکاری پالسی یا مدوله شده/دردار، اکثر کاربردهای جوشکاری از شکل پالس مربعی ساده استفاده می کنند، همانطور که در شکل 1 (الف) نشان داده شده است. پالس مربعی توسط رمپ طبیعی لیزر به بالا و پایین تعریف می شود. این یک تابع پله ای است و بنابراین پالس طبیعی لیزر “مربع” نامیده می شود.

با این حال، کاربردهایی وجود دارد که در آنها استفاده از شکل دهی پالس برنامه ریزی شده می تواند جوشکاری را بهبود بخشد. شکل‌های پالس متعددی وجود دارد، اگرچه دو شکل اصلی پالس معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند. اولین مورد برای افزایش پایداری هنگام جوشکاری آلومینیوم استفاده می شود. دومی برای به حداقل رساندن چرخه حرارتی تجربه شده توسط قطعه در حین جوشکاری، به ویژه برای مواد مستعد ترک استفاده می شود. برای کاهش تخلخل جوش؛ یا برای بهبود ظاهر بصری جوش.

در شکل 1 (ب)، یک لبه جلویی بالا، لیزر را قادر می سازد تا جوش را در آلومینیوم آغاز کند. پس از ذوب شدن، پالس قدرت را کاهش می دهد تا جوش بیش از حد گرم نشود. در این شکل (ج)، 30 تا 50 درصد اول پالس حاوی انرژی جوشکاری است، بخش دوم سرعت خنک شدن جوش را برای جلوگیری از ترک، کاهش تخلخل یا بهبود ظاهر جوش کنترل می کند. 

برای مشاهده دستگاه های مربوطه کلیک کنید.