Usporedba učinaka zavarivanja lasera s različitim promjerima jezgre

Lasersko zavarivanjemože se postići korištenjem kontinuiranih ili pulsirajućih laserskih zraka. Principilasersko zavarivanjeMože se podijeliti na toplinsko vodljivo zavarivanje i lasersko duboko prodiranje. Kada je gustoća snage manja od 104~105 W/cm2, radi se o toplinski vodljivom zavarivanju. U ovom slučaju, dubina prodiranja je plitka, a brzina zavarivanja spora; kada je gustoća snage veća od 105~107 W/cm2, metalna površina je konkavna u "rupe" zbog topline, stvarajući duboko prodiranje, koje ima karakteristike velike brzine zavarivanja i velikog omjera stranica. Princip toplinskog 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 impulsa, energija, vršna snaga i frekvencija ponavljanja, obradak se tali i formira specifičnu rastaljenu površinu.

Lasersko duboko prodiranje općenito koristi kontinuiranu lasersku zraku za dovršetak spajanja materijala. Njegov metalurški fizički proces vrlo je sličan procesu zavarivanja elektronskim snopom, odnosno mehanizam pretvorbe energije se dovršava kroz strukturu "ključanice".

Pod utjecajem laserskog zračenja dovoljno visoke gustoće snage, materijal isparava i nastaju male rupe. Ova mala rupa ispunjena parom je poput crnog tijela, apsorbirajući gotovo svu energiju upadnog snopa. Ravnotežna temperatura u rupi doseže oko 2500°C.°C. Toplina se prenosi s vanjske stijenke visokotemperaturnog otvora, uzrokujući taljenje metala koji okružuje otvor. Mali otvor je ispunjen visokotemperaturnom parom koja nastaje kontinuiranim isparavanjem materijala stijenke pod zračenjem snopa. Stijenke malog otvora okružene su rastaljenim metalom, a tekući metal okružen je krutim materijalima (u većini konvencionalnih postupaka zavarivanja i laserskog zavarivanja, energija se prvo taloži na površini obratka, a zatim se prenosi u unutrašnjost prijenosom). Protok tekućine izvan stijenke otvora i površinska napetost sloja stijenke su u fazi s kontinuirano generiranim tlakom pare u šupljini otvora i održavaju dinamičku ravnotežu. Svjetlosni snop kontinuirano ulazi u mali otvor, a materijal izvan malog otvora kontinuirano teče. Kako se svjetlosni snop kreće, mali otvor je uvijek u stabilnom stanju protoka.

To jest, mala rupa i rastaljeni metal koji okružuje stijenku rupe kreću se naprijed brzinom pilotne zrake. Rastaljeni metal ispunjava prazninu koja ostaje 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 što razumijemo osnovne koncepte gustoće snage, toplinske vodljivosti zavarivanja i dubokog prodiranja zavarivanja, provest ćemo komparativnu analizu gustoće snage i metalografskih faza različitih promjera jezgre.

Usporedba eksperimenata zavarivanja temeljenih na uobičajenim promjerima laserske jezgre na tržištu:

Gustoća snage položaja žarišne točke lasera s različitim promjerima jezgre

S gledišta gustoće snage, pri istoj snazi, što je manji promjer jezgre, to je veća 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 14µm je više od 50 puta veća od gustoće lasera s promjerom jezgre od 100µm, a sposobnost obrade je veća. Istovremeno, gustoća snage izračunata ovdje je samo jednostavna prosječna gustoća. Stvarna raspodjela energije je približna Gaussova raspodjela, 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 predstavlja raspodjelu energije. Što je boja crvenija, to je energija veća. Crvena energija označava mjesto gdje je energija koncentrirana. Kroz raspodjelu laserske energije laserskih zraka s različitim promjerima jezgre, može se vidjeti da fronta laserske zrake nije oštra, a laserska zraka je oštra. Što je manja, to je energija koncentriranija na jednoj točki, to je oštrija i jača njena prodorna sposobnost.

Usporedba učinaka zavarivanja lasera s različitim promjerima jezgre

Usporedba lasera s različitim promjerima jezgre:

(1) Eksperiment koristi brzinu od 150 mm/s, zavarivanje u fokusnom položaju, 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 gustoća snage jedinice. Kada promjer jezgre prelazi 200 μm, nije lako postići dubinu prodiranja na visokoreaktivnim legurama poput aluminija i bakra, a veće duboko prodiranje zavarivanja može se postići samo velikom snagom;

(3) Laseri s malom jezgrom imaju visoku gustoću snage i mogu brzo probijati ključanice na površini materijala s visokom energijom i malim zonama utjecaja topline. Međutim, istovremeno je površina zavara hrapava, a vjerojatnost urušavanja ključanice je velika tijekom zavarivanja malom brzinom, a ključanica se zatvara tijekom ciklusa zavarivanja. Ciklus je dug i sklon je pojavi nedostataka poput nedostataka i pora. Pogodan je za obradu velikom brzinom ili obradu s putanjom zamaha;

(4) Laseri s velikim promjerom jezgre imaju veće svjetlosne točke i više raspršene energije, što ih čini prikladnijima za lasersko pretapanje površine, oblaganje, žarenje i druge procese.