Sammenligning av sveiseeffekter av lasere med forskjellige kjernediametre

Lasersveisingkan oppnås ved bruk av kontinuerlige eller pulserende laserstråler. Prinsippene forlasersveisingkan deles inn i varmeledningssveising og laserdyppenetrasjonssveising. Når effekttettheten er mindre enn 104~105 W/cm2, er det varmeledningssveising. På dette tidspunktet er penetrasjonsdybden grunn og sveisehastigheten lav; når effekttettheten er større enn 105~107 W/cm2, blir metalloverflaten konkav til "hull" på grunn av varme, noe som danner dyppenetrasjonssveising, som har egenskapene til høy sveisehastighet og stort sideforhold. Prinsippet for varmeledninglasersveisinger: laserstråling varmer opp overflaten som skal bearbeides, 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 smeltebad.

Lasersveising med dyp penetrasjon bruker vanligvis en kontinuerlig laserstråle for å fullføre forbindelsen av materialer. Den metallurgiske fysiske prosessen er veldig lik den for elektronstrålesveising, det vil si at energiomdanningsmekanismen fullføres gjennom en "nøkkelhullsstruktur".

Under laserbestråling med høy nok effekttetthet fordamper materialet og små hull dannes. Dette lille hullet fylt med damp er som et svart legeme som absorberer nesten all energien fra den innfallende strålen. Likevektstemperaturen i hullet når omtrent 2500 °C.°C. Varmen overføres fra ytterveggen av høytemperaturhullet, noe som får metallet rundt hullet til å smelte. Det lille hullet fylles med høytemperaturdamp som genereres av kontinuerlig fordampning 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 avsettes energien først på overflaten av arbeidsstykket og transporteres deretter til det indre ved overføring). Væskestrømmen utenfor hullveggen og overflatespenningen til vegglaget er i fase med det kontinuerlig genererte damptrykket i hullhulrommet og opprettholder en dynamisk balanse. Lysstrålen kommer kontinuerlig inn i det lille hullet, og materialet utenfor det lille hullet strømmer 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 pilotstrålens fremoverhastighet. Det smeltede metallet fyller gapet som blir igjen etter at det lille hullet er fjernet og kondenserer deretter, og sveisen dannes. Alt dette skjer så raskt at sveisehastighetene lett kan nå flere meter per minutt.

Etter å ha forstått de grunnleggende konseptene effekttetthet, varmeledningsevnesveising og dyppenetrasjonssveising, vil vi deretter gjennomføre en sammenlignende analyse av effekttettheten og de metallografiske fasene til forskjellige kjernediametre.

Sammenligning av sveiseeksperimenter basert på vanlige laserkjernediametre på markedet:

Effekttetthet for fokuspunktposisjon for lasere med forskjellige kjernediametre

Fra et effekttetthetsperspektiv, under samme effekt, jo mindre kjernediameter, desto høyere lysstyrke på laseren og desto mer konsentrert energi. Hvis laseren sammenlignes med en skarp kniv, jo mindre kjernediameter, desto skarpere er laseren. Effekttettheten til en laser med kjernediameter på 14 µm er mer enn 50 ganger høyere enn til en laser med kjernediameter på 100 µm, og prosesseringskapasiteten er sterkere. Samtidig er effekttettheten som beregnes her bare en enkel gjennomsnittlig tetthet. Den faktiske energifordelingen er en omtrentlig gaussisk fordeling, og den sentrale energien vil være flere ganger den gjennomsnittlige effekttettheten.

Skjematisk diagram av laserenergifordeling med forskjellige kjernediametre

Fargen på energifordelingsdiagrammet er energifordelingen. Jo rødere fargen er, desto høyere er energien. Den røde energien er stedet der energien er konsentrert. Gjennom laserenergifordelingen av laserstråler med forskjellige kjernediametre kan man se at laserstrålens front ikke er skarp, og at laserstrålen er skarp. Jo mindre, desto mer konsentrert energien er på ett punkt, desto skarpere er den og desto sterkere er dens penetrasjonsevne.

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, desto større smeltebredde, desto større varmepåvirket sone og desto mindre enhetseffekttetthet. Når kjernediameteren overstiger 200 µm, er det ikke lett å oppnå en penetrasjonsdybde på høyreaktive legeringer som aluminium og kobber, og en høyere dyp penetrasjonssveising kan bare oppnås med høy effekt;

(3) Småkjernelasere har høy effekttetthet og kan raskt lage nøkkelhull på overflaten av materialer med høy energi og små varmepåvirkede soner. Samtidig er imidlertid overflaten på sveisen ru, og sannsynligheten for nøkkelhullkollaps 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 høyhastighetsprosessering eller prosessering med svingbane;

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