Lasersko zavarivanjemože se postići korištenjem kontinuiranih ili pulsirajućih laserskih zraka. Načelalasersko zavarivanjemože se podijeliti na zavarivanje provođenjem topline i lasersko zavarivanje dubokim prodiranjem. Kada je gustoća snage manja od 104~105 W/cm2, radi se o zavarivanju toplinskim provođenjem. U ovom trenutku, dubina prodiranja je mala i brzina zavarivanja je mala; kada je gustoća snage veća od 105~107 W/cm2, metalna površina je konkavna u "rupe" zbog topline, stvarajući zavarivanje dubokim prodiranjem, koje ima Karakteristike velike brzine zavarivanja i velikog omjera širine i visine. Princip toplinske vodljivostilasersko zavarivanjeje: lasersko zračenje zagrijava površinu koja se obrađuje, a površinska toplina difundira u unutrašnjost putem toplinske vodljivosti. Kontroliranjem laserskih parametara kao što su širina laserskog pulsa, energija, vršna snaga i učestalost ponavljanja, obradak se topi kako bi se formirala posebna rastaljena baza.
Lasersko zavarivanje dubokim prodiranjem općenito koristi kontinuiranu lasersku zraku za dovršetak spajanja materijala. Njegov metalurški fizički proces vrlo je sličan onom kod zavarivanja elektronskim snopom, to jest, mehanizam za pretvorbu energije dovršen je kroz strukturu "ključaonice".
Pod laserskim zračenjem s dovoljno velikom gustoćom snage, materijal isparava i stvaraju se male rupe. Ova mala rupa ispunjena parom je poput crnog tijela koje apsorbira gotovo svu energiju upadne zrake. Ravnotežna temperatura u rupi doseže oko 2500°C. Toplina se prenosi s vanjske stijenke rupe visoke temperature, uzrokujući topljenje metala koji okružuje rupu. Mala rupa ispunjena je parom visoke temperature koja nastaje kontinuiranim isparavanjem materijala stijenke pod zračenjem zrake. Stijenke male rupe okružene su rastaljenim metalom, a tekući metal je okružen čvrstim materijalima (u većini konvencionalnih postupaka zavarivanja i zavarivanja laserskim vodljivim putem, energija se prvo taloži na površini obratka, a zatim prenosi u unutrašnjost prijenosom ). Protok tekućine izvan stijenke rupe i površinska napetost sloja stijenke u fazi su s kontinuirano generiranim tlakom pare u šupljini rupe i održavaju dinamičku ravnotežu. Svjetlosna zraka neprestano ulazi u malu rupu, a materijal izvan male rupe neprekidno teče. Kako se svjetlosni snop kreće, mala rupa je uvijek u stabilnom stanju protoka.
To jest, mala rupa i rastaljeni metal koji okružuje stijenku rupe kreću se naprijed brzinom pilot zrake. Rastaljeni metal ispunjava prazninu koja je ostala nakon uklanjanja male rupe i kondenzira se u skladu s tim, te se formira zavar. Sve se to događa tako brzo da brzine zavarivanja mogu lako doseći nekoliko metara u minuti.
Nakon razumijevanja osnovnih koncepata gustoće snage, zavarivanja toplinskom vodljivošću i zavarivanja dubokim prodiranjem, sljedeće ćemo provesti usporednu analizu gustoće snage i metalografskih faza različitih promjera jezgre.
Usporedba eksperimenata zavarivanja na temelju uobičajenih promjera jezgre lasera na tržištu:
Gustoća snage položaja žarišne točke lasera s različitim promjerima jezgre
Iz perspektive gustoće snage, pod istom snagom, što je manji promjer jezgre, veća je svjetlina lasera i koncentriranija energija. Ako se laser usporedi s oštrim nožem, što je manji promjer jezgre, to je laser oštriji. Gustoća snage lasera s promjerom jezgre od 14 um više je od 50 puta veća od gustoće lasera s promjerom jezgre od 100 um, a sposobnost obrade je jača. U isto vrijeme, ovdje izračunata gustoća snage samo je jednostavna prosječna gustoća. Stvarna distribucija energije je približna Gaussova distribucija, a središnja energija bit će nekoliko puta veća od prosječne gustoće snage.
Shematski dijagram raspodjele laserske energije s različitim promjerima jezgre
Boja dijagrama raspodjele energije je raspodjela energije. Što je boja crvenija, to je veća energija. Crvena energija je mjesto gdje je energija koncentrirana. Kroz raspodjelu laserske energije laserskih zraka s različitim promjerima jezgre, može se vidjeti da prednja strana laserske zrake nije oštra, a laserska zraka je oštra. Što je manja, to je energija više koncentrirana na jednoj točki, to je oštrija i jača njena sposobnost prodora.
Usporedba učinaka zavarivanja lasera s različitim promjerima jezgre
Usporedba lasera s različitim promjerima jezgre:
(1) Eksperiment koristi brzinu od 150 mm/s, zavarivanje u položaju fokusa, a materijal je aluminij serije 1, debljine 2 mm;
(2) Što je veći promjer jezgre, veća je širina taljenja, veća je zona utjecaja topline i manja je jedinična gustoća snage. Kada promjer jezgre prelazi 200 um, nije lako postići dubinu prodiranja na visokoreakcijskim legurama kao što su aluminij i bakar, a veće zavarivanje dubokim prodiranjem može se postići samo s velikom snagom;
(3) Laseri male jezgre imaju veliku gustoću snage i mogu brzo probušiti ključanice na površini materijala s visokom energijom i malim zonama utjecaja topline. Međutim, u isto vrijeme, površina zavara je hrapava, a vjerojatnost kolapsa ključanice je velika tijekom zavarivanja malom brzinom, a ključanica je zatvorena tijekom ciklusa zavarivanja. Ciklus je dug, a defekti kao što su defekti i pore su skloni pojavi. Pogodan je za obradu velikom brzinom ili obradu s putanjom ljuljanja;
(4) Laseri velikog promjera jezgre imaju veće svjetlosne točke i više raspršene energije, što ih čini prikladnijima za lasersko površinsko taljenje, oblaganje, žarenje i druge procese.
Vrijeme objave: 6. listopada 2023
