Jusheng

Операцию проводят сразу два хирурга: один — специалист по малоинвазивной хирургии, выполняющий только точные поверхностные швы с минимальным повреждением. Другому приходится делать более глубокие разрезы тканей, восстанавливая и сваривая внутренние части.

Лазерная сварка, в свою очередь, является «хирургом материалов». Глубина её «хирургии», то есть глубина проникновения, напрямую коррелирует с устойчивостью и прочностью соединения.

В данной статье рассматриваются основные понятия, значение, факторы влияния, методы оптимизации и обеспечение глубины проплавления сварных швов. В статье, применительно к реальным условиямлазерной сварки , даны ответы на теоретические вопросы и практические рекомендации для изготовления изделий из листового металла на заказ.

Краткое изложение основных ответов

Почему стоит доверять этому руководству? Лучшие практики команды JS раскрыты

Компания JS Precision Manufacturing имеет более 15 лет практического опыта в области лазерной сварки и производства листового металла и обслуживает клиентов из 12 отраслей, включая новые энергетические транспортные средства, медицинское оборудование и аэрокосмическую промышленность.

Наш технический персонал не только имеет опыт сварки шести основных материалов, таких как сталь, алюминий и медь, но и располагает обширной библиотекой параметров процесса для обработки деталей из листового металла толщиной от 0,3 мм до 10 мм в зависимости от различных требований. Мы также разработали эффективные решения для более чем 30 сложных вопросов.

Данное руководство является результатом объединения эксплуатационных данных, отзывов клиентов и отраслевого опыта, подкрепленных реальными проектами. Независимо от того, являетесь ли вы потребителем услуг по изготовлению изделий из листового металла онлайн, желающим заказать пилотную партию небольшой партии, или производителем крупногабаритных изделий из листового металла по индивидуальному заказу, это руководство станет надежным справочником.

Компания JS обладает обширными знаниями в области изготовления изделий из листового металла на заказ . Просто сообщите нам о своих требованиях, и мы окажем вам комплексную поддержку — от проектирования до производства. Выбирайте нас, чтобы получить услуги высокоточной сварки без лишних хлопот.

За пределами поверхности: определение глубины проникновения лазерной сварки

Сначала нам необходимо дать простое определение глубины проникновения лазерной сварки:

Это расстояние по вертикали между поверхностью заготовки и самой глубокой точкой, в которой находится расплавленный металл после попадания лазерного луча на заготовку. Это расстояние напрямую определяет , соответствует ли сварной шов требованиям, предъявляемым к изготовлению деталей из листового металла.

Эта глубина проплавления определяется, главным образом, двумя основными режимами сварки, которые существенно различаются по глубине проплавления и области применения. Неправильный выбор режима непосредственно приведёт к разрушению шва.

Сравнение двух режимов лазерной сварки:

Почему так важна «глубина»? Больше, чем просто сила

Глубина лазерной сварки влияет не только на прочность шва, но и непосредственно на эксплуатационные характеристики изделия, безопасность и стоимость. Она определяется тремя важными факторами:

Определение структурной безопасности

Для деталей из листового металла, подверженных нагрузкам (например, разъемов автомобильных шасси), недостаточная глубина сварного шва может привести к образованию «слабого места» в сварном шве, склонного к растрескиванию при длительной вибрации. При использовании сварки с неглубоким проплавлением для толстолистовых деталей (например, углеродистой стали толщиной 5 мм) сварной шов не достигает заготовки и подвержен разрушению в процессе эксплуатации.

Влияние на функциональное соответствие

Детали из листового металла, изготавливаемые в разных отраслях промышленности , предъявляют разные требования к глубине: для медных шин новых энергетических батарей требуется глубина проникновения ≥0,6 мм, в противном случае возникнет перегрев из-за высокого сопротивления; неравномерная глубина проникновения в трубопроводах для транспортировки жидкостей может привести к утечке, что противоречит стандартам пищевой и медицинской промышленности.

Контроль производственных затрат

Недостаточная глубина проплавления может привести к увеличению затрат на производство листового металла: слишком большая мощность, потребляемая при сварке тонкостенных компонентов, может быстро привести к прожогу (процент брака более 10%), доработка толстолистовых компонентов приводит к напрасным трудозатратам, что повышает себестоимость единицы продукции на 30%.
«Правильная глубина» — это секрет нахождения баланса между качеством и стоимостью лазерной сварки.

Хотите контролировать цены на изготовление изделий из листового металла, не жертвуя глубиной сварного шва? JS найдёт баланс между стоимостью и качеством. Прозрачные процессы и оптимизированное производство обеспечивают полный контроль от коммуникации до поставки.

Достижение «глубины»: пять ключевых факторов, влияющих на глубину проникновения

Для точного управления глубиной проплавления при лазерной сварке необходимо хорошо понимать следующие пять основных факторов.

Мощность лазера

• Основная корреляция: при неизменных остальных параметрах большая мощность, как правило, приводит к более глубокому проплавлению. Однако превышение критического значения может привести к более сильному прожогу и разбрызгиванию.
• Практическое руководство: Различные мощности связаны с определенным диапазоном глубины проникновения меди. Выбор подходящей мощности зависит от толщины материала.

Глубина проникновения меди при различной мощности лазера (скорость сварки 1 м/мин, качество луча BPP = 1,0)

Скорость сварки

• Основная зависимость: Отрицательная связь с глубиной проникновения — более высокие скорости связаны с меньшими затратами энергии и меньшей глубиной проникновения, более низкие скорости могут легко прожечь и увеличить стоимость изготовления листового металла.
• Совет: Для определения оптимального сочетания мощности и скорости необходимо провести пробную сварку небольшими партиями в процессе производства.

Качество луча

• Критерии измерения: проверяются по значению проникания луча (BPP). Чем меньше BPP, тем больше будет сконцентрирована энергия и тем глубже проникновение.
• Практическое применение: При сварке меди синий лазер с BPP < 0,9 может обеспечить более чем на 30% большую глубину проплавления по сравнению с инфракрасным лазером с BPP 1,5, при меньшем разбрызгивании. При обработке деталей из листового металла с высоким спросом предпочтительно использовать оборудование с низким BPP.

Свойства материала

• Ключевые факторы влияния: чем выше отражательная способность и теплопроводность материала, тем сложнее улучшить глубину проникновения (например, медь имеет отражательную способность инфракрасного лазера >95% и теплопроводность 401 Вт/(м·К), ее сложнее сваривать).
• Стратегия адаптации: синие лазеры используются для обработки медных деталей. Для обработки алюминиевых сплавов требуется регулировка мощности и скорости для минимизации тепловыделения.

Защитный газ

• Функция и выбор: Для предотвращения окисления сварочной ванны и стабилизации сварочной скважины аргон (примерно 1,50 долл. США/м³) подходит для уровней средней и низкой мощности, тогда как гелий (примерно 8 долл. США/м³) может увеличить глубину проплавления на 15%.

От теории к практике: как оптимизировать глубину проплавления лазерной сварки

Оптимизация глубины проплавления может быть достигнута с помощью системного подхода. Три представленных ниже подхода могут быть использованы для большинства случаев обработки листового металла.

Оптимизация комбинации параметров

Основная техника: используя мощность лазера, скорость сварки и положение фокуса в качестве параметров, попробуйте много раз получить оптимальное сочетание с точки зрения баланса между глубиной, качеством и эффективностью.

Практические результаты: После определения параметров оптимальной медной шины толщиной 0,8 мм была достигнута глубина 0,7 мм, что обеспечивает повышение эффективности на 40% по сравнению с методами проб и ошибок. Это также сокращает отходы и минимизирует стоимость изготовления листового металла.

Выбор оборудования по свойствам материала

Логика выбора: Лазеры выбираются на основе отражательной способности и теплопроводности материала. Синие лазеры используются для меди (степень поглощения увеличивается до 35%). В случае толстых пластин из алюминиевого сплава используется система формирования луча для повышения равномерности глубины.

Преимущества услуг: В наших онлайн -услугах по изготовлению изделий из листового металла компания JS предварительно подбирает оборудование к материалу деталей для изготовления изделий из листового металла, чтобы обеспечить успешную сварку с первого прохода.

Применение инновационных технологических процессов

Ключевой процесс: «∞-образная» осциллирующая сварка увеличивает время контакта лазера, а стабильность глубины медной шины повышается с ±0,1 мм до ±0,05 мм. «Послойная сварка» предотвращает малую глубину или прожоги многослойных компонентов.

Пример применения: для изготовления сложных деталей из листового металла можно использовать два процесса одновременно, чтобы удовлетворить требованиям как к глубине сварного шва, так и к внешнему виду.

Компания JS обладает опытом в оптимизации глубины лазерной сварки и предлагает онлайн-решения для изготовления деталей из листового металла. Просто предоставьте нам онлайн-заявку на вашу заготовку, и мы быстро разработаем решение, гарантируя открытость и быструю доставку. Выбирайте нас, чтобы легко достичь оптимальной глубины сварки.

Постоянство глубины: ежедневное обслуживание и калибровка

Ежедневное обслуживание

• Ежедневная чистка оптических линз (для уменьшения потерь энергии).
• Еженедельная проверка мощности лазера (регулировка, если отклонение превышает ±5% ).
• Проверка точности системы движения каждые две недели (повторная регулировка, если отклонение смещения превышает 0,02 мм ).
• Проверка системы охлаждения каждый месяц (температура воды 20-25°С).

Гарантия обслуживания JS

Система раннего оповещения: если параметры оборудования выходят за указанные пределы, автоматически генерируется оповещение, чтобы избежать риска для качества.

Периодическая проверка: 10 стандартных медных листов толщиной 0,8 мм проверяются на постоянство толщины каждые шесть месяцев. В случае отклонения более 0,1 мм проводится комплексная проверка для контроля отклонения толщины до ±5%, что позволяет снизить затраты на доработку и изготовление листового металла.

Помимо сварки при изготовлении изделий из листового металла на заказ, JS также предоставляет руководства по техническому обслуживанию оборудования . Свяжитесь с нами, чтобы получить комплексное обслуживание.

Реальный пример: проблемы сварки с глубоким прокалыванием для модулей аккумуляторных батарей транспортных средств на новой энергии

Требования клиентов и первоначальные болевые точки

Новой энергетической компании предстояло сварить 10 деталей структурного модуля аккумуляторной батареи из алюминия толщиной 0,3 мм. Ключевыми требованиями были глубина провара 1,5 мм (полный провар при сварке максимум 5 деталей) и отсутствие сварочных деформаций.

Проблемы проекта

• Проблемы с материалами: теплопроводность алюминия составляет 237 Вт/(м·К), а энергия лазера рассеивается очень быстро, что затрудняет формирование глубокой сварочной ванны и достижение требуемой глубины 1,5 мм.
• Структурные риски: зазор между различными слоями деталей из листового металла ≤0,05 мм приводит к утечке энергии лазера, что не только уменьшает глубину, но и увеличивает риск возникновения пористости.
• Температурные ограничения: Элементы аккумулятора чувствительны к температуре. Температура в зоне сварки, превышающая 200°C, может разрушить элементы и снизить производительность аккумулятора.

Решение JS Precision Manufacturing

• Выбор оборудования: был выбран инфракрасный лазер BPP 1.0 мощностью 2000 Вт и система формирования луча, придающая лазерному лучу форму прямоугольника размером 0,5 x 1 мм. Это увеличивает площадь поверхности воздействия энергии и снижает тепловыделение.
• Оптимизация процесса: использовался процесс «предварительного прессования + послойной сварки» — сначала прикладывалось давление 0,5 МПа к зоне для устранения зазоров, а затем сваривались три слоя (толщиной 0,5 мм), чтобы избежать создания чрезвычайно высоких температур в одном сварном шве.
• Меры контроля температуры: Вблизи зоны сварки был установлен канал охлаждающей воды с температурой 15°C для отвода тепла в режиме реального времени, поддержания окружающей температуры ниже 180°C и защиты элементов аккумуляторной батареи.

Результаты

Достигнута высокопрочная сварка с полным проплавлением без брызг, с постоянной глубиной проплавления 0,7 мм, равномерной шириной интерфейса и чрезвычайно низким и стабильным сопротивлением, что полностью удовлетворяет требованиям аккумулятора к высокому току и низким потерям. Выход годных изделий увеличился с 70% до более чем 99,5%.

Как вы гарантируете, что ваши изделия получат оптимальную глубину сварки?

Объяснение основных критериев оптимальной глубины сварного шва

Идеальная глубина сварного шва — это не просто числовое значение, а тройной стандарт производительности, стабильности и стоимости. Она должна соответствовать функциональным требованиям к свариваемым деталям (например, минимальному сопротивлению для токопроводящих деталей, максимальной прочности для конструкционных деталей), иметь диапазон изменения глубины проплавления ≤±0,05 мм и сокращать количество доработок, вызванных ошибочными параметрами.

Это означает разработку четкой стандартной структуры путем объединения характеристик лазерной сварки с индивидуальными производственными спецификациями по изготовлению изделий из листового металла.

Три основные возможности JS для идеальной глубины сварки

Правильное соответствие материала и оборудования: JS использует базу данных материалов (сталь, алюминий, медь и т. д.) для подбора лазеров к деталям с различной отражательной способностью и теплопроводностью (например, отражающие детали имеют синие лазеры). Это позволяет правильно преобразовывать энергию и избегать малой глубины сварного шва, возникающей из-за «несоответствия оборудования».

Инновации и оптимизация процессов: Для решения сложных условий сварки, таких как высокая теплопроводность и тонкие стенки, мы разработали такие процессы, как «∞-образные колебания» и «слоистая сварка», чтобы снизить нестабильность расплавленной ванны, максимально повысить однородность глубины сварного шва и распространить их на услуги по изготовлению листового металла онлайн и массовое производство.

Калибровка научных параметров: применяя планирование экспериментов (DoE) вместо методов проб и ошибок, мы быстро настраиваем наборы параметров, такие как мощность, скорость и фокус, что позволяет существенно экономить время на вводе в эксплуатацию, а также глубину сварки и материал.

Поддержка полного сценария контроля глубины сварного шва

Процессы JS охватывают всю процедуру от первоначального проектирования до среднесрочного контроля производства и обслуживания после производства.

Небольшие заказы можно легко сравнить с параметрами через онлайн-систему, в то время как массовое производство, ориентированное на индивидуальные заказы, контролируется автоматизированными производственными линиями. Также предоставляются рекомендации по техническому обслуживанию станков, чтобы предотвратить отклонения глубины сварного шва при длительной эксплуатации, что позволяет добиться идеальной глубины сварного шва в любых условиях.

Часто задаваемые вопросы

В1: Почему высокая мощность иногда становится причиной неглубокого или нестабильного провара сварного шва?

Обычно это происходит из-за эффекта экранирования плазмой/паром. Из-за постоянной подачи высокой мощности на поверхности заготовки образуется большое количество плазмы или высокотемпературного пара. Эти вещества действуют как «барьер», блокируя лазерное излучение, препятствуя его эффективному глубокому проникновению в заготовку, что приводит к неглубокому или нестабильному проплавлению.

В2: Как определить и измерить глубину проплавления сварных швов?

Наиболее точным методом является разрушающий металлографический контроль, включающий разрез заготовки для проверки провара сварного шва и используемый для точной проверки. В промышленности широко применяются ультразвуковой контроль и другие неразрушающие методы, не требующие повреждения заготовки и более подходящие для отбора проб и глубокой оценки партий продукции.

В3: Какова максимально возможная толщина при лазерной сварке?

Это зависит от материала, источника лазерного излучения и процесса сварки. При однопроходной сварке волоконные лазеры могут сваривать углеродистую сталь толщиной 20–30 мм и алюминиевые сплавы толщиной 15–20 мм. При многопроходной сварке или использовании мощных лазерных массивов и идеальных процессах теоретическая толщина сварного шва не имеет предела.

В4: Почему так сложно лазерной сваркой сваривать медь и алюминий?

Внутренних причин две: во-первых, медь и алюминий обладают очень высокой отражательной способностью для лазеров (отражательная способность меди в инфракрасном диапазоне превышает 95%), что приводит к отражению и потере энергии; во-вторых, они обладают высокой теплопроводностью, что приводит к быстрому рассеиванию тепла. Для формирования и поддержания стабильного «эффекта пинхола» требуются повышенная плотность мощности и специальные технологии.

Краткое содержание

Глубина проплавления — это не абсолютное число, а «регулируемая переменная», которую можно изменять в рамках гибкого параметра в соответствии с требованиями к изготовлению деталей из листового металла . Для каждого специалиста в области производства контроль научной логики и методов оптимизации, лежащих в основе лазерной сварки, означает превращение этого «острого лезвия света» из технологии в искусство.

Независимо от того, работаете ли вы в мелкосерийном или крупносерийном производстве по индивидуальному заказу, если при лазерной сварке возникают проблемы с глубиной проплавления, JS предлагает индивидуальные решения. Мы понимаем, что только «правильная» глубина проплавления обеспечит наилучшее качество при минимальной стоимости вашего изделия.