ГОСТ EN 1011-6-2017. Межгосударственный стандарт. Сварка. Рекомендации по сварке металлических материалов. Часть 6. Лазерная сварка

Приложение E

(справочное)

 

УПРАВЛЕНИЕ И СЛЕЖЕНИЕ ЗА ЛАЗЕРНЫМ ЛУЧОМ

 

E.1 Общие положения

 

Лазерное оборудование должно быть испытано при первой установке. Соответствующие указания приведены в стандартах по приемочным испытаниям.

В процессе использования инструменты могут утратить свои качества, а источник лазерной мощности и оптические элементы могут выйти из строя. Минимальные требования для калибровки и проверки указаны в EN ISO 17662.

Обработка лазерным лучом обычно выполняется как механизированный или роботизированный сварочный процесс. Обработка под непосредственным управлением человека встречается редко по ряду причин и из соображений безопасности. Рекомендуется программа систематических проверок лазерного оборудования через регулярные промежутки времени. Для обеспечения эффективного управления необходимо осуществлять проверку параметров, описанных ниже.

 

E.2 Точка фокусировки

 

Точка фокусировки лазерного луча является важным параметром. Фактическое положение точки фокусировки может быть определено несколькими способами. Общими являются три принципа:

1) лазерный луч перемещается вдоль соответствующего материала, установленного в наклонном положении. Для CO₂-лазеров обычно используется акриловый пластик. Лазер оставляет отпечаток в форме песочных часов на поверхности, а точка фокусировки находится в самом узком месте;

2) материал удерживается в горизонтальном положении, а лазер перемещается линейно через всю поверхность и, постепенно приближаясь к материалу. Отпечаток, оставляемый лазером, и его оценку см. в 1).

Методы 1) и 2) являются идентичными, за исключением движения по оси Z: в методе 1) движение определяется установленной в наклонное положение тестируемой деталью, а в методе 2) осуществляется вертикальное движение рабочей головки. Существует иной метод для CO₂-лазеров;

3) облако газа аргона устанавливается в точке пространства, в которой предполагается местонахождение фокуса. Интенсивный лазерный пучок ионизирует аргон вблизи точки фокусировки. Аргон эмитирует синий свет вблизи фокуса и беловатый свет далее, по обеим сторонам фокуса. Фокусная точка находится в центре синей зоны. Эта процедура позволяет также получать индикацию двух фокусных точек, если используется оптика с двойной фокусировкой фокуса.

Имеется оборудование, которое способно непосредственно измерять форму пучка и распределение его энергии. Это оборудование позволяет также определять положение фокусной точки.

 

E.3 Выравнивание луча и совпадение с контрольным лазерным лучом

 

Лазерный луч обычно должен быть практически параллелен оптической оси лучевода. В противном случае луч может попадать на части оборудования.

Существенным является, чтобы оптическая ось пучка и оптическая ось фокусирующей оптики совпадали. В противном случае лазерный луч будет выходить под углом к оптической оси, в результате чего, например, сварные швы и резка будут выполняться под этим углом.

Это также относится к контрольному лазерному лучу. Источник контрольного лазерного луча обычно монтируется рядом с источником силового лазерного луча с тем, чтобы контрольный луч двигался вместе с силовым лучом к рабочей головке и оба луча проходили через ту же самую фокусирующую оптику.

По законам оптики оба луча должны проходить практически через одну и ту же фокусную точку независимо от каких-либо отклонений оси луча. Если осевые линии контрольного луча и силового луча не совпадают с оптической осью, оба луча будут выходить под разными углами. Если точка сварки находится на линии контрольного луча, то силовой луч соприкоснется со сварным соединением под углом, и в результате будет иметь место дефект шва.

Совпадение обеих осей может быть проверено путем выполнения прожига силовым лучом (с помощью короткого импульса) на образце материала, такого как акрил, размещенного, например, на двойном фокусном расстоянии от рабочей головки. Тогда контрольный луч должен пройти точно через центр прожига.

Альтернативой является проверка коаксиальности непосредственно в первичном луче перед рабочей головкой. Это также делается путем установки образца материала, выполнения прожига силовым лучом, а затем проверки позиции контрольного луча относительно прожига.

 

E.4 Мощность пучка

 

Имеется ряд инструментов для определения мощности пучка. Большинство из них не выдерживает плотности энергии сфокусированного пучка, так что измерения выполняются непосредственно в первичном пучке перед рабочей головкой или дальше от нее, например на двойном фокусном расстоянии от рабочей головки (дефокусированный луч). Если проводятся оба измерения, то выполняется простой расчет потерь в пучке при его прохождении через оптические элементы.

Некоторые инструменты измеряют повышение температуры при попадании на них луча лазера. Они просты в использовании, но могут использоваться только для измерения средней мощности. Другие инструменты непосредственно измеряют силу света, и они в состоянии реагировать на быстрые изменения мощности пучка вплоть до предельной частоты. Более подробная информация об инструментах и методах измерения приведена в EN ISO 11554.

 

E.5 Распределение мощности пучка

 

Контроль распределения мощности пучка имеет значение для некоторых процессов. Существуют приборы для измерения распределения мощности пучка. Более подробная информация об инструментах и методах измерения распределения мощности пучка приведена в EN ISO 13694.

Оценка распределения мощности пучка может быть получена при выполнении прожига первичным пучком образца соответствующего материала, например акрила. Глубина прожига не должна превышать его ширину. Глубины прожига в различных частях указывают на локальную мощность пучка.

Этот метод обладает тем преимуществом, что образцы материала с полученными прожигами могут быть сохранены и любое изменение в режиме пучка может быть легко обнаружено путем простого визуального сравнения старого и нового прожигов.

Следует отметить, что волоконная оптика выравнивает распределение мощности пучка до довольно равномерного выходного распределения, достаточно независимого от режима пучка на входе в волоконную оптику.

 

E.6 Центрирование сопла

 

Большинство рабочих головок имеют сопла для распределения защитного газа. Рабочие головки для резки включают насадку для режущего газа. Эти сопла должны быть отцентрированы вокруг силового лазерного луча. Это может быть проверено путем закрытия выходного отверстия сопла куском прозрачной ленты, а затем перфорирования ленты с помощью краткого импульса лазерного луча. Полученное отверстие должно быть расположено по центру сопла.

 

E.7 Параметры импульсного силового пучка

 

Определение характеристик импульсного силового пучка представляет собой ряд трудностей. Обычная практика заключается в использовании машинных настроек, отвечающих за параметры импульса.

Инструменты, измеряющие силовой пучок по результатам повышения температуры, могут указать лишь среднюю мощность пучка. Оптические приборы могут давать информацию, например, о пиковой мощности и частоте импульса.

 

E.8 Манипуляторы, направляющие и др.

 

EN ISO 15616-1, EN ISO 15616-2 и EN ISO 15616-3 дают подробные указания по проверке манипуляторов, столов с перемещением по осям X и Y и т.д. Эти требования могут быть использованы также и для других типов лазеров.

Примечание - Стандарт по приемочным испытаниям твердотельных лазеров находится в стадии подготовки.