Lasersvejsningkan opnås ved hjælp af kontinuerlige eller pulserende laserstråler. Principperne forlasersvejsningkan opdeles i varmeledningssvejsning og laser dyb penetrationssvejsning. Når effekttætheden er mindre end 104~105 W/cm2, er det varmeledningssvejsning. På dette tidspunkt er indtrængningsdybden lav, og svejsehastigheden er langsom; når effekttætheden er større end 105~107 W/cm2, er metaloverfladen konkav til "huller" på grund af varme, hvilket danner dyb penetrationssvejsning, som har karakteristika af hurtig svejsehastighed og stort billedformat. Princippet om termisk ledninglasersvejsninger: laserstråling opvarmer overfladen, der skal behandles, og overfladevarmen diffunderer til det indre gennem termisk ledning. Ved at styre laserparametre som laserpulsbredde, energi, spidseffekt og gentagelsesfrekvens smeltes emnet til en specifik smeltet pool.
Lasersvejsning med dyb penetration bruger generelt en kontinuerlig laserstråle til at fuldføre forbindelsen af materialer. Dens metallurgiske fysiske proces minder meget om elektronstrålesvejsning, det vil sige, at energikonverteringsmekanismen fuldføres gennem en "nøglehuls"-struktur.
Under laserbestråling med en tilstrækkelig høj effekttæthed fordamper materialet, og der dannes små huller. Dette lille hul fyldt med damp er som en sort krop, der absorberer næsten al energien fra den indfaldende stråle. Ligevægtstemperaturen i hullet når omkring 2500°C. Varmen overføres fra ydervæggen af højtemperaturhullet, hvilket får metallet omkring hullet til at smelte. Det lille hul er fyldt med højtemperaturdamp genereret af den kontinuerlige fordampning af vægmaterialet under strålens bestråling. Væggene i det lille hul er omgivet af smeltet metal, og det flydende metal er omgivet af faste materialer (i de fleste konventionelle svejseprocesser og laserledningssvejsning bliver energien først afsat på overfladen af emnet og derefter transporteret til det indre ved overførsel ). Væskestrømmen uden for hulvæggen og væglagets overfladespænding er i fase med det kontinuerligt genererede damptryk i hulhulen og opretholder en dynamisk balance. Lysstrålen kommer kontinuerligt ind i det lille hul, og materialet uden for det lille hul flyder kontinuerligt. Når lysstrålen bevæger sig, er det lille hul altid i en stabil strømningstilstand.
Det vil sige, at det lille hul og det smeltede metal, der omgiver hulvæggen, bevæger sig fremad med pilotstrålens fremadgående hastighed. Det smeltede metal udfylder hullet, der er tilbage, efter at det lille hul er fjernet, og kondenserer i overensstemmelse hermed, og svejsningen dannes. Alt dette sker så hurtigt, at svejsehastighederne nemt kan nå flere meter i minuttet.
Efter at have forstået de grundlæggende begreber effekttæthed, termisk ledningsevne svejsning og dyb penetration svejsning, vil vi derefter udføre en sammenlignende analyse af effekttætheden og metallografiske faser af forskellige kerne diametre.
Sammenligning af svejseforsøg baseret på almindelige laserkernediametre på markedet:
Effekttæthed af brændpunktsposition for lasere med forskellige kernediametre
Fra perspektivet af effekttæthed, under samme effekt, jo mindre kernediameter, jo højere lysstyrke af laseren og jo mere koncentreret energi. Hvis laseren sammenlignes med en skarp kniv, jo mindre kernediameteren er, jo skarpere er laseren. Effekttætheden af laseren med 14um kernediameter er mere end 50 gange den for laseren med 100um kernediameter, og behandlingsevnen er stærkere. Samtidig er den her beregnede effekttæthed blot en simpel gennemsnitsdensitet. Den faktiske energifordeling er en tilnærmet Gauss-fordeling, og den centrale energi vil være flere gange den gennemsnitlige effekttæthed.
Skematisk diagram af laserenergifordeling med forskellige kernediametre
Farven på energifordelingsdiagrammet er energifordelingen. Jo rødere farve, jo højere energi. Den røde energi er det sted, hvor energien er koncentreret. Gennem laserenergifordelingen af laserstråler med forskellige kernediametre kan det ses, at laserstrålens front ikke er skarp, og laserstrålen er skarp. Jo mindre, jo mere koncentreret energien er på ét punkt, jo skarpere er den og jo stærkere er dens gennemtrængende evne.
Sammenligning af svejseeffekter af lasere med forskellige kernediametre
Sammenligning af lasere med forskellige kernediametre:
(1) Eksperimentet bruger en hastighed på 150 mm/s, fokuspositionssvejsning, og materialet er 1 serie aluminium, 2 mm tykt;
(2) Jo større kernediameter, jo større er smeltebredden, jo større er den varmepåvirkede zone, og jo mindre er enhedens effekttæthed. Når kernediameteren overstiger 200um, er det ikke let at opnå en indtrængningsdybde på højreaktionslegeringer såsom aluminium og kobber, og en højere dyb penetrationssvejsning kan kun opnås med høj effekt;
(3) Small-core lasere har høj effekttæthed og kan hurtigt slå nøglehuller på overfladen af materialer med høj energi og små varmepåvirkede zoner. Men samtidig er svejsningens overflade ru, og sandsynligheden for sammenbrud af nøglehullet er høj under lavhastighedssvejsning, og nøglehullet lukkes under svejsecyklussen. Cyklussen er lang, og defekter som defekter og porer er tilbøjelige til at opstå. Den er velegnet til højhastighedsbehandling eller behandling med en svingbane;
(4) Lasere med stor kernediameter har større lyspletter og mere spredt energi, hvilket gør dem mere egnede til laseroverfladeomsmeltning, beklædning, udglødning og andre processer.
Indlægstid: Okt-06-2023
