Fokussierverfahren beim Laserschweißen

LaserschweißenFokussierungsmethode

Wenn ein Laser mit einem neuen Gerät in Kontakt kommt oder ein neues Experiment durchgeführt wird, muss der erste Schritt die Fokussierung sein. Nur durch die Bestimmung der Fokalebene lassen sich andere Prozessparameter wie Defokussierungsgrad, Leistung, Geschwindigkeit usw. korrekt festlegen und somit ein klares Verständnis erlangen.

Das Prinzip der Fokussierung lautet wie folgt:

Erstens ist die Energie des Laserstrahls nicht gleichmäßig verteilt. Aufgrund der sanduhrförmigen Kontur links und rechts des Fokussierspiegels ist die Energie im Bereich der Strahlmitte am stärksten konzentriert. Um eine effiziente und qualitativ hochwertige Bearbeitung zu gewährleisten, ist es daher unerlässlich, die Fokusebene zu bestimmen und den Defokussierungsabstand entsprechend anzupassen. Ist keine Fokusebene vorhanden, können die nachfolgenden Parameter nicht weiter betrachtet werden. Auch bei der Inbetriebnahme neuer Geräte muss zunächst die Genauigkeit der Fokusebene überprüft werden. Die Bestimmung der Fokusebene ist daher ein grundlegender Aspekt der Lasertechnologie.

Wie in Abbildung 1 und 2 dargestellt, unterscheiden sich Laserstrahlen unterschiedlicher Energien in ihrer Fokustiefe. Auch Galvanometer, Einmoden- und Mehrmodenlaser weisen Unterschiede auf, die sich hauptsächlich in der räumlichen Verteilung ihrer Eigenschaften widerspiegeln. Einige Laserstrahlen sind relativ kompakt, andere hingegen relativ schlank. Daher gibt es für verschiedene Laserstrahlen unterschiedliche Fokussierungsmethoden, die sich im Allgemeinen in drei Schritte unterteilen lassen.

Abbildung 1 Schematische Darstellung der Fokustiefe verschiedener Lichtpunkte

Abbildung 2 Schematische Darstellung der Fokustiefe bei verschiedenen Vergrößerungen

Leitfleckgröße bei unterschiedlichen Entfernungen

Schrägmethode:

1. Zuerst wird der ungefähre Bereich der Brennebene durch Führung des Lichtflecks bestimmt. Der hellste und kleinste Punkt des geführten Lichtflecks wird als anfänglicher experimenteller Fokus festgelegt.

2. Plattformbau, wie in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4 Schematische Darstellung der Schräglinienfokussierungseinrichtung

2. Vorsichtsmaßnahmen für diagonale Striche

(1) Im Allgemeinen werden Stahlplatten verwendet, mit Halbleitern bis zu 500 W und optischen Fasern um die 300 W; die Geschwindigkeit kann auf 80–200 mm eingestellt werden.

(2) Je größer der Neigungswinkel der Stahlplatte ist, desto besser; versuchen Sie, einen Winkel von etwa 45-60 Grad zu erreichen, und stellen Sie den Mittelpunkt auf den groben Fokuspunkt mit dem kleinsten und hellsten Führungslichtfleck ein;

(3) Beginnt man nun mit dem Aneinanderreihen von Linien, welchen Effekt erzielt man durch das Aneinanderreihen von Linien? Theoretisch wird diese Linie symmetrisch um den Brennpunkt verteilt sein, und die Trajektorie wird einen Prozess durchlaufen, bei dem sie von groß nach klein zunimmt oder von klein nach groß zunimmt und dann wieder abnimmt;

(4) Halbleiter finden die dünnste Stelle, und die Stahlplatte wird an der Brennstelle ebenfalls weiß mit deutlichen Farbmerkmalen, die auch als Grundlage für die Lokalisierung der Brennstelle dienen können;

(5) Zweitens sollte die Glasfaser die Rückwärtsmikropenetration so weit wie möglich kontrollieren, wobei die Mikropenetration im Brennpunkt liegt. Dies bedeutet, dass der Brennpunkt in der Mitte der Rückwärtsmikropenetrationslänge liegt. Damit ist die Grobpositionierung des Brennpunkts abgeschlossen, und die linienlasergestützte Positionierung wird im nächsten Schritt verwendet.

Abbildung 5 Beispiel für diagonale Linien

Abbildung 5 Beispiel für diagonale Linien bei unterschiedlichen Arbeitsabständen

3. Im nächsten Schritt wird das Werkstück ausgerichtet, der Linienlaser so justiert, dass er mit dem Fokuspunkt des Lichtleiters übereinstimmt (Positionierungsfokus), und anschließend die abschließende Fokusebenenprüfung durchgeführt.

(1) Die Überprüfung erfolgt mittels Impulspunkten. Das Prinzip besteht darin, dass am Brennpunkt Funken sprühen und die Klangcharakteristik deutlich erkennbar ist. Zwischen der oberen und unteren Grenze des Brennpunkts befindet sich ein Grenzpunkt, an dem sich der Klang deutlich von den Funken und dem Sprühnebel unterscheidet. Die obere und untere Grenze des Brennpunkts werden aufgezeichnet; der Mittelpunkt ist der Brennpunkt.

(2) Justieren Sie die Überlappung des Linienlasers erneut; der Fokus ist nun mit einem Fehler von etwa 1 mm positioniert. Die experimentelle Positionierung kann zur Verbesserung der Genauigkeit wiederholt werden.

Abbildung 6: Demonstration des Funkenüberschlags bei verschiedenen Arbeitsabständen (Defokussierungsgrad)

Abbildung 7 Schematische Darstellung der Impulspunktierung und Fokussierung

Es gibt auch eine Punktmethode: Diese eignet sich für Faserlaser mit größerer Fokustiefe und signifikanten Änderungen der Spotgröße in Z-Richtung. Durch das Aufklopfen einer Punktreihe wird die Veränderung der Punkte auf der Oberfläche der Stahlplatte beobachtet. Jedes Mal, wenn sich die Z-Achse um 1 mm ändert, verändert sich der Abdruck auf der Stahlplatte von groß nach klein und dann wieder zurück. Der kleinste Punkt ist der Brennpunkt.