Lāzeru ar dažādu serdes diametru metināšanas efektu salīdzinājums

Lāzera metināšanavar panākt, izmantojot nepārtrauktus vai impulsa lāzera starus. Principi parlāzera metināšanavar iedalīt siltuma vadīšanas metināšanā un lāzera dziļās iespiešanās metināšanā. Ja jaudas blīvums ir mazāks par 104 ~ 105 W/cm2, tā ir siltuma vadīšanas metināšana. Šajā laikā iespiešanās dziļums ir mazs un metināšanas ātrums ir lēns; ja jaudas blīvums ir lielāks par 105 ~ 107 W/cm2, metāla virsma karstuma ietekmē ir ieliekta “caurumos”, veidojot dziļu iespiešanās metināšanu, kam piemīt ātra metināšanas ātruma un lielas malu attiecības īpašības. Siltumvadīšanas principslāzera metināšanair: lāzera starojums uzsilda apstrādājamo virsmu, un virsmas siltums izkliedējas uz iekšpusi caur siltuma vadīšanu. Kontrolējot lāzera parametrus, piemēram, lāzera impulsa platumu, enerģiju, maksimālo jaudu un atkārtošanās frekvenci, apstrādājamā detaļa tiek izkausēta, veidojot īpašu izkausētu baseinu.

Lāzera dziļi iespiešanās metināšana parasti izmanto nepārtrauktu lāzera staru, lai pabeigtu materiālu savienošanu. Tās metalurģiskais fiziskais process ir ļoti līdzīgs elektronu staru metināšanas procesam, tas ir, enerģijas pārveidošanas mehānisms tiek pabeigts caur "atslēgas cauruma" struktūru.

Lāzera apstarojot ar pietiekami lielu jaudas blīvumu, materiāls iztvaiko un veidojas mazi caurumi. Šis mazais caurums, kas piepildīts ar tvaikiem, ir kā melns ķermenis, kas absorbē gandrīz visu krītošā stara enerģiju. Līdzsvara temperatūra caurumā sasniedz aptuveni 2500°C. Siltums tiek pārnests no augstas temperatūras cauruma ārējās sienas, izraisot caurumu aptverošā metāla kušanu. Mazais caurums ir piepildīts ar augstas temperatūras tvaiku, ko rada nepārtraukta sienas materiāla iztvaikošana staru kūļa apstarošanas laikā. Mazā cauruma sienas ieskauj izkausēts metāls, bet šķidro metālu ieskauj cietie materiāli (lielākajā daļā parasto metināšanas procesu un lāzervadīšanas metināšanas enerģija vispirms tiek nogulsnēta uz apstrādājamās detaļas virsmas un pēc tam pārnesta uz iekšpusi. ). Šķidruma plūsma ārpus urbuma sienas un sienas slāņa virsmas spraigums ir fāzē ar nepārtraukti radīto tvaika spiedienu cauruma dobumā un uztur dinamisku līdzsvaru. Gaismas stars nepārtraukti iekļūst mazajā caurumā, un materiāls ārpus mazā cauruma nepārtraukti plūst. Gaismas staram kustoties, mazais caurums vienmēr ir stabilā plūsmas stāvoklī.

Tas nozīmē, ka mazais caurums un izkausētais metāls, kas ieskauj cauruma sienu, virzās uz priekšu ar pilotstara priekšējo ātrumu. Izkausētais metāls aizpilda atstarpi, kas palikusi pēc mazā cauruma noņemšanas, un attiecīgi kondensējas, un veidojas metinātā šuve. Tas viss notiek tik ātri, ka metināšanas ātrums var viegli sasniegt vairākus metrus minūtē.

Pēc jaudas blīvuma, siltumvadītspējas metināšanas un dziļās iespiešanās metināšanas pamatjēdzienu izpratnes mēs turpmāk veiksim dažādu serdes diametru jaudas blīvuma un metalogrāfisko fāžu salīdzinošu analīzi.

Metināšanas eksperimentu salīdzinājums, pamatojoties uz tirgū izplatītajiem lāzera serdes diametriem:

Lāzeru ar dažādu serdeņu diametru fokusa punkta pozīcijas jaudas blīvums

No jaudas blīvuma viedokļa ar tādu pašu jaudu, jo mazāks ir kodola diametrs, jo lielāks ir lāzera spilgtums un koncentrētāka enerģija. Ja lāzeru salīdzina ar asu nazi, jo mazāks ir serdes diametrs, jo asāks ir lāzers. 14 um serdeņa diametra lāzera jaudas blīvums ir vairāk nekā 50 reizes lielāks nekā 100 um serdeņa diametra lāzeram, un apstrādes spēja ir spēcīgāka. Tajā pašā laikā šeit aprēķinātais jaudas blīvums ir tikai vienkāršs vidējais blīvums. Faktiskais enerģijas sadalījums ir aptuvens Gausa sadalījums, un centrālā enerģija būs vairākas reizes lielāka par vidējo jaudas blīvumu.

Lāzera enerģijas sadalījuma shematiskā diagramma ar dažādiem serdes diametriem

Enerģijas sadales diagrammas krāsa ir enerģijas sadalījums. Jo sarkanāka krāsa, jo lielāka enerģija. Sarkanā enerģija ir vieta, kur enerģija tiek koncentrēta. Izmantojot lāzera enerģijas sadalījumu lāzera stariem ar dažādu serdeņu diametru, var redzēt, ka lāzera stara priekšpuse nav asa un lāzera stars ir ass. Jo mazāka, jo vairāk koncentrēta enerģija ir vienā punktā, jo asāka tā ir un jo spēcīgāka ir tās caurlaidības spēja.

Lāzeru ar dažādu serdes diametru metināšanas efektu salīdzinājums

Lāzeru ar dažādu serdeņu diametru salīdzinājums:

(1) Eksperimentā tiek izmantots ātrums 150 mm/s, fokusa pozīcijas metināšana, un materiāls ir 1 sērijas alumīnijs, 2 mm biezs;

(2) Jo lielāks ir serdes diametrs, jo lielāks kušanas platums, jo lielāka ir siltuma ietekmētā zona un mazāks vienības jaudas blīvums. Ja serdes diametrs pārsniedz 200 um, nav viegli sasniegt iespiešanās dziļumu augstas reakcijas sakausējumos, piemēram, alumīnijā un varā, un augstāku dziļas iespiešanās metināšanu var sasniegt tikai ar lielu jaudu;

(3) Mazu kodolu lāzeriem ir liels jaudas blīvums, un tie var ātri izdurt atslēgas caurumus materiālu virsmās ar lielu enerģiju un nelielām siltuma ietekmētajām zonām. Tomēr tajā pašā laikā metinātās šuves virsma ir raupja, un atslēgas cauruma sabrukšanas iespējamība ir augsta, veicot metināšanu zemā ātrumā, un atslēgas caurums ir aizvērts metināšanas cikla laikā. Cikls ir garš, un ir tendence rasties tādiem defektiem kā defekti un poras. Tas ir piemērots ātrgaitas apstrādei vai apstrādei ar šūpošanās trajektoriju;

(4) Liela serdeņa diametra lāzeriem ir lielāki gaismas plankumi un vairāk izkliedēta enerģija, tāpēc tie ir piemērotāki lāzera virsmu pārkausēšanai, apšuvumam, atkausēšanai un citiem procesiem.