Lāzeru ar dažādiem serdes diametriem metināšanas efektu salīdzinājums

Lāzera metināšanavar panākt, izmantojot nepārtrauktus vai impulsa lāzera starus. Principilāzera metināšanaTo var iedalīt siltumvadītspējas metināšanā un lāzera dziļās iespiešanās metināšanā. Ja jaudas blīvums ir mazāks par 104–105 W/cm2, tā ir siltumvadītspējas metināšana. Šajā laikā iespiešanās dziļums ir mazs un metināšanas ātrums ir mazs; ja jaudas blīvums ir lielāks par 105–107 W/cm2, metāla virsma karstuma ietekmē ir ieliekta "caurumos", veidojot dziļās iespiešanās metināšanu, kurai piemīt ātrs metināšanas ātrums un liela malu attiecība. Siltumvadītspējas principslāzera metināšanair šāds: lāzera starojums uzsilda apstrādājamo virsmu, un virsmas siltums caur siltumvadītspēju izkliedējas iekšpusē. Kontrolējot lāzera parametrus, piemēram, lāzera impulsa platumu, enerģiju, maksimālo jaudu un atkārtošanās frekvenci, sagatave tiek izkausēta, veidojot noteiktu kausējuma vannu.

Dziļās iespiešanās lāzera metināšanā materiālu savienošanai parasti tiek izmantots nepārtraukts lāzera stars. Tās metalurģiskais fizikālais process ir ļoti līdzīgs elektronu staru metināšanas procesam, proti, enerģijas pārveidošanas mehānisms tiek veikts, izmantojot "atslēgas cauruma" struktūru.

Lāzera starojuma ietekmē ar pietiekami augstu jaudas blīvumu materiāls iztvaiko un veidojas mazi caurumiņi. Šis mazais, ar tvaiku piepildītais caurumiņš ir kā melns ķermenis, kas absorbē gandrīz visu krītošā starojuma enerģiju. Līdzsvara temperatūra caurumiņā sasniedz aptuveni 2500°C. Siltums tiek pārnests no augstas temperatūras cauruma ārējās sienas, izraisot caurumu apņemošā metāla kušanu. Mazais caurums ir piepildīts ar augstas temperatūras tvaiku, kas rodas, nepārtraukti iztvaikojot sienas materiālam stara apstarošanas rezultātā. Mazā cauruma sienas ieskauj izkausēts metāls, un šķidro metālu ieskauj cieti materiāli (vairumā parasto metināšanas procesu un lāzervadīšanas metināšanas enerģija vispirms tiek nogulsnēta uz sagataves virsmas un pēc tam ar pārnesi tiek transportēta uz iekšpusi). Šķidruma plūsma ārpus cauruma sienas un sienas slāņa virsmas spraigums ir fāzē ar nepārtraukti ģenerēto tvaika spiedienu cauruma dobumā un uztur dinamisko līdzsvaru. Gaismas stars nepārtraukti ieplūst mazajā caurumā, un materiāls ārpus mazā cauruma nepārtraukti plūst. Gaismas staram pārvietojoties, mazais caurums vienmēr atrodas stabilā plūsmas stāvoklī.

Tas nozīmē, ka mazais caurums un izkausētais metāls ap cauruma sienu pārvietojas uz priekšu ar pilotsijas kustības ātrumu. Izkausētais metāls aizpilda tukšo vietu pēc mazā cauruma izņemšanas un attiecīgi kondensējas, izveidojot metinājumu. Tas viss notiek tik ātri, ka metināšanas ātrums var viegli sasniegt vairākus metrus minūtē.

Pēc tam, kad būsim izpratuši jaudas blīvuma, siltumvadītspējas metināšanas un dziļās iespiešanās metināšanas pamatjēdzienus, mēs veiksim dažādu serdeņu diametru jaudas blīvuma un metalogrāfisko fāžu salīdzinošu analīzi.

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

Lāzeru ar dažādu serdes diametru fokusa punkta pozīcijas jaudas blīvums

No jaudas blīvuma viedokļa, pie vienas un tās pašas jaudas, jo mazāks ir serdes diametrs, jo lielāks ir lāzera spilgtums un jo koncentrētāka ir enerģija. Salīdzinot ar asu nazi, jo mazāks ir serdes diametrs, jo asāks ir lāzers. 14 μm serdes diametra lāzera jaudas blīvums ir vairāk nekā 50 reizes lielāks nekā 100 μm serdes diametra lāzeram, un apstrādes jauda 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 shematiska diagramma ar dažādiem serdes diametriem

Enerģijas sadalījuma diagrammas krāsa norāda enerģijas sadalījumu. Jo sarkanāka krāsa, jo augstāka enerģija. Sarkanā enerģija norāda vietu, kur enerģija ir koncentrēta. Caur lāzera staru ar dažādu serdes diametru enerģijas sadalījumu var redzēt, ka lāzera stara fronte nav asa un pats lāzera stars ir ass. Jo mazāks, jo koncentrētāka enerģija ir vienā punktā, jo asāka tā ir un jo spēcīgāka tās caurspiešanās spēja.

Lāzeru ar dažādiem serdes diametriem metināšanas efektu salīdzinājums

Lāzeru ar dažādiem serdes diametriem 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 ir kušanas platums, jo lielāka ir termiski ietekmētā zona un jo mazāks ir vienības jaudas blīvums. Ja serdes diametrs pārsniedz 200 μm, nav viegli sasniegt iespiešanās dziļumu augstas reakcijas sakausējumos, piemēram, alumīnijā un varā, un lielāku dziļo iespiešanās metināšanu var panākt tikai ar lielu jaudu;

(3) Maza kodola lāzeriem ir augsts jaudas blīvums, un tie var ātri izveidot atslēgas caurumus materiālu virsmās ar augstu enerģiju un nelielām termiski ietekmētām zonām. Tomēr vienlaikus metinājuma virsma ir raupja, un atslēgas cauruma sabrukšanas varbūtība zema ātruma metināšanas laikā ir augsta, un atslēgas caurums metināšanas cikla laikā ir aizvērts. Cikls ir garš, un ir tendence uz defektiem, piemēram, defektiem un porām. Tie ir piemēroti ātrgaitas apstrādei vai apstrādei ar šūpošanās trajektoriju;

(4) Lāzeriem ar lielu serdes diametru ir lielāki gaismas plankumi un izkliedētāka enerģija, kas padara tos piemērotākus lāzera virsmas pārkausēšanai, apšuvumam, atkvēlināšanai un citiem procesiem.