Sammenligning av sveiseeffekter av lasere med forskjellige kjernediametre

Lasersveisingkan oppnås ved bruk av kontinuerlige eller pulserende laserstråler. Prinsippene tillasersveisingkan deles inn i varmeledningssveising og laser dyp penetrasjonssveising. Når effekttettheten er mindre enn 104~105 W/cm2, er det varmeledningssveising. På dette tidspunktet er inntrengningsdybden liten og sveisehastigheten er lav; når effekttettheten er større enn 105~107 W/cm2, er metalloverflaten konkav til "hull" på grunn av varme, og danner dyp penetrasjonssveising, som har egenskapene til høy sveisehastighet og stort sideforhold. Prinsippet om termisk ledninglasersveisinger: laserstråling varmer opp overflaten som skal behandles, og overflatevarmen diffunderer til det indre gjennom termisk ledning. Ved å kontrollere laserparametere som laserpulsbredde, energi, toppeffekt og repetisjonsfrekvens, smeltes arbeidsstykket for å danne et spesifikt smeltet basseng.

Lasersveising med dyp penetrering bruker vanligvis en kontinuerlig laserstråle for å fullføre sammenkoblingen av materialer. Dens metallurgiske fysiske prosess er veldig lik den for elektronstrålesveising, det vil si at energikonverteringsmekanismen fullføres gjennom en "nøkkelhull"-struktur.

Under laserbestråling med høy nok effekttetthet fordamper materialet og det dannes små hull. Dette lille hullet fylt med damp er som en svart kropp, og absorberer nesten all energien til den innfallende strålen. Likevektstemperaturen i hullet når omtrent 2500°C. Varmen overføres fra ytterveggen til høytemperaturhullet, noe som får metallet som omgir hullet til å smelte. Det lille hullet er fylt med høytemperaturdamp generert av den kontinuerlige fordampningen av veggmaterialet under bestråling av strålen. Veggene i det lille hullet er omgitt av smeltet metall, og det flytende metallet er omgitt av faste materialer (i de fleste konvensjonelle sveiseprosesser og laserledningssveising blir energien først avsatt på overflaten av arbeidsstykket og deretter transportert til det indre ved overføring ). Væskestrømmen utenfor hullveggen og vegglagets overflatespenning er i fase med det kontinuerlig genererte damptrykket i hullhulen og opprettholder en dynamisk balanse. Lysstrålen går kontinuerlig inn i det lille hullet, og materialet utenfor det lille hullet flyter kontinuerlig. Når lysstrålen beveger seg, er det lille hullet alltid i en stabil strømningstilstand.

Det vil si at det lille hullet og det smeltede metallet som omgir hullveggen beveger seg fremover med foroverhastigheten til pilotstrålen. Det smeltede metallet fyller gapet som er igjen etter at det lille hullet er fjernet og kondenserer deretter, og sveisen dannes. Alt dette skjer så raskt at sveisehastigheten lett kan komme opp i flere meter i minuttet.

Etter å ha forstått de grunnleggende begrepene krafttetthet, varmeledningsevnesveising og dyppenetrasjonssveising, vil vi deretter gjennomføre en sammenlignende analyse av krafttettheten og metallografiske faser av forskjellige kjernediametre.

Sammenligning av sveiseeksperimenter basert på vanlige laserkjernediametre på markedet:

Effekttetthet av brennpunktsposisjonen til lasere med forskjellige kjernediametre

Fra perspektivet til krafttetthet, under samme kraft, jo mindre kjernediameter, jo høyere lysstyrke på laseren og jo mer konsentrert energi. Hvis laseren sammenlignes med en skarp kniv, jo mindre kjernediameter, desto skarpere er laseren. Effekttettheten til laseren med 14um kjernediameter er mer enn 50 ganger den til laseren med 100um kjernediameter, og prosesseringsevnen er sterkere. Samtidig er effekttettheten beregnet her bare en enkel gjennomsnittlig tetthet. Den faktiske energifordelingen er en tilnærmet gaussisk fordeling, og sentralenergien vil være flere ganger gjennomsnittlig effekttetthet.

Skjematisk diagram av laserenergifordeling med forskjellige kjernediametre

Fargen på energifordelingsdiagrammet er energifordelingen. Jo rødere farge, jo høyere energi. Den røde energien er stedet hvor energien er konsentrert. Gjennom laserenergifordelingen til laserstråler med forskjellige kjernediametre kan man se at laserstrålefronten ikke er skarp og laserstrålen er skarp. Jo mindre, jo mer konsentrert energien er på ett punkt, jo skarpere er den og jo sterkere penetreringsevne.

Sammenligning av sveiseeffekter av lasere med forskjellige kjernediametre

Sammenligning av lasere med forskjellige kjernediametre:

(1) Eksperimentet bruker en hastighet på 150 mm/s, fokusposisjonssveising, og materialet er 1 serie aluminium, 2 mm tykt;

(2) Jo større kjernediameter, jo større smeltebredde, jo større varmepåvirket sone, og jo mindre enhetseffekttetthet. Når kjernediameteren overstiger 200um, er det ikke lett å oppnå en penetrasjonsdybde på høyreaksjonslegeringer som aluminium og kobber, og en høyere dyp penetrasjonssveising kan kun oppnås med høy effekt;

(3) Småkjernelasere har høy effekttetthet og kan raskt slå nøkkelhull på overflaten av materialer med høy energi og små varmepåvirkede soner. Men samtidig er overflaten av sveisen grov, og sannsynligheten for sammenbrudd av nøkkelhullet er høy under lavhastighetssveising, og nøkkelhullet er lukket under sveisesyklusen. Syklusen er lang, og defekter som defekter og porer er utsatt for å oppstå. Den er egnet for høyhastighetsbehandling eller prosessering med en svingbane;

(4) Lasere med stor kjernediameter har større lysflekker og mer spredt energi, noe som gjør dem mer egnet for laseroverflateomsmelting, kledning, gløding og andre prosesser.