Erineva südamiku läbimõõduga laserite keevitusefektide võrdlus

Laserkeevitussaab saavutada pidevate või impulsslaserkiirte abil. PõhimõttedlaserkeevitusSeda saab jagada soojusjuhtivuskeevituseks ja lasersügavkeevituseks. Kui võimsustihedus on alla 104–105 W/cm2, on tegemist soojusjuhtivuskeevitusega. Sellisel juhul on läbitungimissügavus väike ja keevituskiirus aeglane; kui võimsustihedus on suurem kui 105–107 W/cm2, on metalli pind kuumuse tõttu nõgus ja moodustab „auku“, moodustades sügava läbitungimiskeevituse. Sellel on kiire keevituskiirus ja suur kuvasuhe. Soojusjuhtivuse põhimõtelaserkeevituson järgmine: laserkiirgus kuumutab töödeldavat pinda ja pinnasoojus hajub soojusjuhtivuse kaudu sisemusse. Laseri parameetrite, näiteks laserimpulsi laiuse, energia, tippvõimsuse ja kordumissageduse juhtimise abil sulatatakse toorik spetsiifiliseks sulavanniks.

Laser-sügavkeevituses kasutatakse materjalide ühendamiseks üldiselt pidevat laserkiirt. Selle metallurgiline füüsikaline protsess on väga sarnane elektronkiirkeevitusega, st energia muundamise mehhanism toimub "võtmeaugu" struktuuri kaudu.

Piisavalt suure võimsustihedusega laserkiirguse all materjal aurustub ja tekivad väikesed augud. See auruga täidetud väike auk on nagu must keha, neelates peaaegu kogu langeva kiire energia. Augu tasakaalutemperatuur ulatub umbes 2500 °C-ni.°C. Soojus kandub kõrge temperatuuriga augu välisseinalt üle, põhjustades ümbritseva metalli sulamise. Väike auk täidetakse kõrge temperatuuriga auruga, mis tekib seinamaterjali pideva aurustumise tagajärjel kiire kiirguse mõjul. Väikese augu seinad on ümbritsetud sulametalliga ja vedelat metalli ümbritsevad tahked materjalid (enamikus tavapärastes keevitusprotsessides ja laserjuhtivkeevituses sadestub energia esmalt töödeldava detaili pinnale ja seejärel transporditakse ülekande teel sisemusse). Vedeliku vool väljaspool augu seina ja seina kihi pindpinevus on faasis pidevalt tekkiva aururõhuga augu õõnsuses ja säilitavad dünaamilise tasakaalu. Valguskiir siseneb pidevalt väikesesse auku ja väikese augu välisküljel olev materjal voolab pidevalt. Valguskiire liikumisel on väike auk alati stabiilses vooluseisundis.

See tähendab, et väike auk ja augu seina ümbritsev sulametall liiguvad edasi juhtkiire edasiliikumiskiirusega. Sulmetall täidab pärast väikese augu eemaldamist tekkinud tühimiku ja kondenseerub vastavalt, moodustades keevisõmbluse. Kõik see toimub nii kiiresti, et keevituskiirus võib kergesti ulatuda mitme meetrini minutis.

Pärast võimsustiheduse, soojusjuhtivusega keevitamise ja sügava läbitungimisega keevitamise põhimõistete mõistmist viime järgmiseks läbi erinevate südamiku läbimõõtude võimsustiheduse ja metallograafiliste faaside võrdleva analüüsi.

Keevituskatsete võrdlus turul saadaolevate tavaliste laserkiirte südamike läbimõõtude põhjal:

Erineva südamiku läbimõõduga laserite fookuspunkti asukoha võimsustihedus

Võimsustiheduse seisukohast on sama võimsuse korral laseri heledus suurem ja energia kontsentreeritum, mida väiksem on südamiku läbimõõt. Kui võrrelda laserit terava noaga, siis mida väiksem on südamiku läbimõõt, seda teravam on laser. 14 μm südamiku läbimõõduga laseri võimsustihedus on üle 50 korra suurem kui 100 μm südamiku läbimõõduga laseril ja töötlemisvõime on suurem. Samal ajal on siin arvutatud võimsustihedus lihtsalt keskmine tihedus. Tegelik energiajaotus on ligikaudne Gaussi jaotus ja keskne energia on mitu korda suurem kui keskmine võimsustihedus.

Laseri energiajaotuse skemaatiline diagramm erinevate südamiku läbimõõtudega

Energiajaotuse diagrammi värv näitab energiajaotust. Mida punasem on värv, seda suurem on energia. Punane energia näitab kohta, kus energia on kontsentreerunud. Erineva südamiku läbimõõduga laserkiirte laserenergia jaotuse kaudu on näha, et laserkiire esiosa ei ole terav ja laserkiir on terav. Mida väiksem on energia, seda kontsentreeritum on see ühes punktis, seda teravam see on ja seda tugevam on selle läbitungimisvõime.

Erineva südamiku läbimõõduga laserite keevitusefektide võrdlus

Erineva südamiku läbimõõduga laserite võrdlus:

(1) Katses kasutatakse kiirust 150 mm/s, fookusasendi keevitust ja materjaliks on 1. seeria alumiinium, paksusega 2 mm;

(2) Mida suurem on südamiku läbimõõt, seda suurem on sulamislaius, seda suurem on kuummõjutsoon ja seda väiksem on ühiku võimsustihedus. Kui südamiku läbimõõt ületab 200 μm, ei ole kõrgreaktsioonisulamistel, nagu alumiinium ja vask, kerge saavutada läbitungimissügavust ning suuremat läbitungimissügavust saab saavutada ainult suure võimsusega keevitamisel.

(3) Väikese südamikuga laseritel on suur võimsustihedus ja nad suudavad kiiresti teha võtmeauke materjalide pinnale, millel on kõrge energia ja väikesed kuummõjutsoonid. Samal ajal on keevisõmbluse pind kare ja võtmeaukude varisemise tõenäosus madala kiirusega keevitamisel on suur ning võtmeauk on keevitustsükli ajal suletud. Tsükkel on pikk ja defektid, näiteks defektid ja poorid, on altid tekkima. See sobib kiireks töötlemiseks või pöörleva trajektooriga töötlemiseks;

(4) Suure südamiku läbimõõduga laseritel on suuremad valguslaigud ja hajutatud energia, mistõttu need sobivad paremini laserpindade ümbersulatamiseks, plakeerimiseks, lõõmutamiseks ja muudeks protsessideks.