Poređenje efekata zavarivanja lasera sa različitim prečnicima jezgra

Lasersko zavarivanjemože se postići korištenjem kontinuiranih ili pulsirajućih laserskih zraka. Principilasersko zavarivanjeMože se podijeliti na zavarivanje toplotnom kondukcijom i lasersko duboko prodiranje. Kada je gustoća snage manja od 104~105 W/cm2, radi se o zavarivanju toplotnom kondukcijom. U ovom slučaju, dubina prodiranja je plitka, a brzina zavarivanja mala; kada je gustoća snage veća od 105~107 W/cm2, metalna površina je konkavna u "rupe" zbog topline, formirajući duboko prodiranje, koje ima karakteristike velike brzine zavarivanja i velikog omjera stranica. Princip toplotne kondukcije.lasersko zavarivanjeje: lasersko zračenje zagrijava površinu koja se obrađuje, a površinska toplina difundira u unutrašnjost putem toplinske provodljivosti. Kontroliranjem laserskih parametara kao što su širina laserskog impulsa, energija, vršna snaga i frekvencija ponavljanja, obradak se topi i formira specifičan rastopljeni bazen.

Lasersko duboko prodiranje zavarivanja uglavnom koristi kontinuirani laserski snop za dovršetak spajanja materijala. Njegov metalurški fizički proces je vrlo sličan procesu zavarivanja elektronskim snopom, odnosno mehanizam pretvorbe energije se vrši kroz strukturu "ključaonice".

Pod utjecajem laserskog zračenja dovoljno visoke gustoće snage, materijal isparava i formiraju se male rupe. Ova mala rupa ispunjena parom je poput crnog tijela, apsorbirajući gotovo svu energiju upadnog snopa. Ravnotežna temperatura u rupi dostiže oko 2500°C.°C. Toplota se prenosi sa vanjskog zida rupe visoke temperature, uzrokujući topljenje metala koji okružuje rupu. Mala rupa je ispunjena parom visoke temperature koja se stvara kontinuiranim isparavanjem materijala zida pod zračenjem snopa. Zidovi male rupe su okruženi rastopljenim metalom, a tečni metal je okružen čvrstim materijalima (u većini konvencionalnih procesa zavarivanja i laserskog zavarivanja, energija se prvo taloži na površini obratka, a zatim se prenosi u unutrašnjost). Protok tečnosti izvan zida rupe i površinska napetost sloja zida su u fazi sa kontinuirano generisanim pritiskom pare u šupljini rupe i održavaju dinamičku ravnotežu. Svjetlosni snop kontinuirano ulazi u malu rupu, a materijal izvan male rupe kontinuirano teče. Kako se svjetlosni snop kreće, mala rupa je uvijek u stabilnom stanju protoka.

To jest, mala rupa i rastopljeni metal koji okružuje zid rupe kreću se naprijed brzinom pilotnog snopa. Rastopljeni metal ispunjava prazninu koja ostane nakon što se mala rupa ukloni i shodno tome se kondenzuje, te se formira zavar. Sve se to dešava tako brzo da brzine zavarivanja mogu lako doseći nekoliko metara u minuti.

Nakon razumijevanja osnovnih koncepata gustoće snage, zavarivanja toplinskom provodljivošću i zavarivanja dubokim prodiranjem, sljedeće ćemo provesti komparativnu analizu gustoće snage i metalografskih faza različitih promjera jezgra.

Poređenje eksperimenata zavarivanja zasnovanih na uobičajenim prečnikima laserske jezgre na tržištu:

Gustina snage položaja žarišne tačke lasera sa različitim prečnikom jezgra

Sa stanovišta gustine snage, pri istoj snazi, što je manji prečnik jezgra, to je veći sjaj lasera i koncentrisanija energija. Ako se laser uporedi sa oštrim nožem, što je manji prečnik jezgra, to je laser oštriji. Gustina snage lasera sa prečnikom jezgra od 14µm je više od 50 puta veća od gustine snage lasera sa prečnikom jezgra od 100µm, a sposobnost obrade je veća. Istovremeno, gustina snage izračunata ovdje je samo jednostavna prosječna gustina. Stvarna raspodjela energije je približna Gaussova raspodjela, a centralna energija će biti nekoliko puta veća od prosječne gustine snage.

Shematski dijagram distribucije laserske energije s različitim promjerima jezgra

Boja dijagrama raspodjele energije predstavlja raspodjelu energije. Što je boja crvenija, to je energija veća. Crvena energija predstavlja mjesto gdje je energija koncentrirana. Kroz raspodjelu laserske energije laserskih snopova s ​​različitim promjerima jezgra, može se vidjeti da front laserskog snopa nije oštar, a laserski snop je oštar. Što je manji, energija je koncentriranija na jednoj tački, to je oštrija i jača njena prodorna sposobnost.

Poređenje efekata zavarivanja lasera sa različitim prečnicima jezgra

Poređenje lasera sa različitim prečnicima jezgra:

(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 prečnik jezgra, veća je širina topljenja, veća je zona uticaja toplote i manja je jedinična gustina snage. Kada prečnik jezgra prelazi 200μm, nije lako postići dubinu prodiranja u legure visoke reakcije poput aluminijuma 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 probušiti ključaonice na površini materijala s visokom energijom i malim zonama utjecaja topline. Međutim, istovremeno, površina zavara je hrapava, a vjerojatnost urušavanja ključaonice je velika tijekom zavarivanja malom brzinom, a ključanica se zatvara tijekom ciklusa zavarivanja. Ciklus je dug i sklon je pojavi defekata poput defekata i pora. Pogodan je za obradu velikom brzinom ili obradu s putanjom zamaha;

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