Lézersugaras hegesztési paraméterek hatása a kialakuló varratgeometriára
Napjaink fejlődő iparában a lézersugaras hegesztéssel létrehozott kötések optimalizálásának lehetősége meghatározó kutatási területté vált, hiszen mind a gépipar, mind a járműipar területén egy nagyon elterjedt – és egyre gyakrabban alkalmazott - kötéstípusról van szó. A hegesztett kötéseknek meg kell felelniük az egyre szigorúbb minőségi követelményeknek, a varratgeometriának előírásszerűnek kell lennie.
A különböző fizikai folyamatok következtében a lézersugaras hegesztéseknek két típusa van, amelyek leginkább a geometriájukról ismerhetők fel. Ha a hegesztéshez használt lézersugár ≈ 10^6 W/cm^2-nél kisebb teljesítmény sűrűségű, akkor a hővezetéses hegesztés feltételei adottak. E határ fölött – egy új fizikai jelenség következtében – a mélyvarratos hegesztés feltételi szabályozzák a technológiai folyamatot.
Technológiai és minőségbiztosítási szempontból lényeges, hogy a különböző hegesztési paraméterekkel milyen varratgeometriákat hozhatunk létre. Ilyen paraméterek a lézersugár teljesítménye, a hegesztési sebesség, a fókuszfolt pozíciója, a védőgáz használata és a lézersugár gerjesztési üzemmódja (CW, pulzáló). Ezen beállítások bármelyikének módosítása a varratgeometriában lényeges változást eredményez. A sokféleség ellenére képesnek kell lennünk igazodni a műszaki követelményekhez és a geometriai előírásokhoz. A hegesztési varratok geometriájának jellegzetes adatai a varratmélység, a korona szélesség, a korona magasság, a gyök szélesség és a kidudorodás illetve beszívódás. Dolgozatomban ezen paraméterek varratgeometriára gyakorolt hatását vizsgáltam.
A kísérleti hegesztési varratok egy 4 kW (CW) fényteljesítményű diszklézerrel készültek. A lézersugár vezetésére 100 μm átmérőjű optikai szál szolgált, a fókuszáló lencse fókusztávolsága 200 mm. A sugárparaméter-szorzat értéke 4 mm*mrad, a Rayleigh-távolság 3 mm.
A lézersugár–anyag kölcsönhatás eredményeként kialakuló hegesztési varratok geometriai változatosságát 80 hegesztési kísérlet alapján vizsgáltam. A kísérleti körülmények egyértelmű reprodukálhatósága érdekében a varratokat 30 x 100 mm keresztmetszetű, S235 minőségű acél hasábon hoztam létre („vakvarrat”). Az egyes varratok között a hegesztési sebességben (1…10 m/perc), a CW üzemmódú lézersugár teljesítményében (2,5…4 kW) és a lézersugár fókuszfoltjának a munkadarab felszínéhez képesti helyzetében (-7…+7 mm) volt különbség.
A hegesztési varratok geometriai jellemzőit digitális, virtuális 3D fénymikroszkóppal vizsgáltam. A vizsgálatok célja két csoportra osztható: a varrat korona geometriájának (szélesség, kidudorodás) elemzése, beleértve a varrat kezdet és vég tranziens jelenségeit, valamint a varrat keresztmetszeti metallográfiai csiszolatán mérhető adatok meghatározása.
A rendkívül nagy mennyiségű adat feldolgozása során elsősorban a lézerberendezést és annak sugárvezetését, másodsorban a munkadarab felszínét elérő lézersugár és az S235 acélminőségű anyag kölcsönhatásának eredményét jellemeztem. A lézerberendezés magyar viszonylatban unikális jellege miatt esetenként meglepő eredményekre jutottam. A vizsgálati eredmények domináns része azonban az innovatív magyar ipar igényeit szolgálja.
