Erineva südamiku läbimõõduga laserite keevitusefektide võrdlus

Laserkeevitussaab saavutada pidevate või impulss-laserkiirte abil. Põhimõttedlaserkeevitusvõib jagada soojusjuhtivusega keevituseks ja lasersügavkeevituseks. Kui võimsustihedus on alla 104–105 W/cm2, on tegemist soojusjuhtivusega keevitusega. Sel ajal on läbitungimissügavus madal ja keevituskiirus aeglane; Kui võimsustihedus on suurem kui 105–107 W/cm2, on metallpind kuumuse tõttu nõgus "aukudeks", moodustades sügava läbitungimiskeevituse, millel on kiire keevituskiirus ja suur kuvasuhe. Soojusjuhtivuse põhimõtelaserkeevituson: laserkiirgus soojendab töödeldavat pinda ja pinnasoojus hajub soojusjuhtivuse kaudu sisemusse. Reguleerides laseri parameetreid, nagu laserimpulsi laius, energia, tippvõimsus ja kordussagedus, sulatatakse toorik, et moodustada konkreetne sulakogum.

Laser-sügavkeevitus kasutab materjalide ühendamiseks üldiselt pidevat laserkiirt. Selle metallurgiline füüsikaline protsess on väga sarnane elektronkiire keevitamise protsessiga, see tähendab, et energia muundamise mehhanism viiakse lõpule "võtmeava" struktuuri kaudu.

Piisavalt suure võimsustihedusega laserkiirguse all materjal aurustub ja tekivad väikesed augud. See väike auruga täidetud auk on nagu must keha, mis neelab peaaegu kogu langeva kiire energia. Tasakaalutemperatuur augus ulatub umbes 2500-ni°C. Soojus kandub üle kõrge temperatuuriga augu välisseinast, mille tulemusena sulab auku ümbritsev metall. Väike auk on täidetud kõrge temperatuuriga auruga, mis tekib seinamaterjali pideva aurustumisega tala kiiritamisel. Väikese augu seinad on ümbritsetud sulametalliga ja vedelat metalli ümbritsevad tahked materjalid (enamiku tavapäraste keevitusprotsesside ja laserjuhtkeevituse korral sadestatakse energia esmalt tooriku pinnale ja seejärel transporditakse ülekande teel sisemusse. ). Vedeliku vool väljaspool augu seina ja seinakihi pindpinevus on faasis pidevalt tekkiva aururõhuga auguõõnes ja säilitavad dünaamilise tasakaalu. Valguskiir siseneb pidevalt väikesesse auku ja väljaspool väikest auku olev materjal voolab pidevalt. Kui valgusvihk liigub, on väike auk alati stabiilses vooluseisundis.

See tähendab, et väike auk ja augu seina ümbritsev sulametall liiguvad pilootkiire edasiliikumise kiirusega edasi. Sulametall täidab väikese augu eemaldamise järel jäänud tühimiku ja kondenseerub vastavalt ning keevisõmblus tekib. Kõik see toimub nii kiiresti, et keevituskiirus võib kergesti ulatuda mitme meetrini minutis.

Olles mõistnud võimsustiheduse, soojusjuhtivusega keevituse ja sügavkeevituse põhimõisteid, viime järgmiseks läbi erineva südamiku läbimõõduga võimsustiheduse ja metallograafiliste faaside võrdleva analüüsi.

Turul levinud lasersüdamiku läbimõõtude põhjal tehtud keevituskatsete võrdlus:

Erineva südamiku läbimõõduga laserite fookuspunkti asukoha võimsustihedus

Võimsustiheduse seisukohast võib sama võimsuse korral öelda, et mida väiksem on südamiku läbimõõt, seda suurem on laseri heledus ja seda kontsentreeritum on energia. Kui laserit võrrelda terava noaga, siis mida väiksem on südamiku läbimõõt, seda teravam on laser. 14 um südamiku läbimõõduga laseri võimsustihedus on rohkem kui 50 korda suurem kui 100 um südamiku läbimõõduga laseril ja töötlemisvõime on tugevam. Samas on siin arvutatud võimsustihedus vaid lihtne keskmine tihedus. Tegelik energiajaotus on ligikaudne Gaussi jaotus ja keskne energia on mitu korda suurem kui keskmine võimsustihedus.

Erineva südamiku läbimõõduga laserenergia jaotuse skemaatiline diagramm

Energiajaotusdiagrammi värv on energiajaotus. Mida punasem on värv, seda suurem on energia. Punane energia on koht, kuhu energia koondub. Erineva südamiku läbimõõduga laserkiirte laserenergia jaotuse kaudu on näha, et laserkiire esikülg ei ole terav ja laserkiir on terav. Mida väiksem, mida kontsentreeritum on energia ühes punktis, seda teravam see on ja seda tugevam on läbitungimisvõime.

Erineva südamiku läbimõõduga laserite keevitusefektide võrdlus

Erineva südamiku läbimõõduga laserite võrdlus:

(1) Katses kasutatakse kiirust 150 mm/s, fookusasendiga keevitamist ja materjal on 1-seeria alumiinium, paksusega 2 mm;

(2) Mida suurem on südamiku läbimõõt, seda suurem on sulamislaius, seda suurem on kuumusest mõjutatud tsoon ja seda väiksem on ühiku võimsustihedus. Kui südamiku läbimõõt ületab 200 um, ei ole kerge saavutada läbitungimissügavust kõrgreageerivatel sulamitel, nagu alumiinium ja vask, ning suuremat sügavat läbitungimisvõimet on võimalik saavutada ainult suure võimsusega;

(3) Väikese tuumaga laseritel on suur võimsustihedus ja need suudavad kiiresti teha võtmeauke suure energiasisaldusega materjalide pinnale ja väikestele kuumusest mõjutatud aladele. Kuid samal ajal on keevisõmbluse pind kare ja väikese kiirusega keevitamise ajal on võtmeaugu kokkuvarisemise tõenäosus suur ning võtmeauk on keevitustsükli ajal suletud. Tsükkel on pikk ja sellised defektid nagu defektid ja poorid võivad tekkida. See sobib kiireks töötlemiseks või töötlemiseks pöördetrajektooriga;

(4) Suure südamiku läbimõõduga laseritel on suuremad valguslaigud ja rohkem hajutatud energiat, mistõttu need sobivad paremini laserpinna ümbersulatamiseks, katmiseks, lõõmutamiseks ja muudeks protsessideks.