Sammenligning af svejseeffekter af lasere med forskellige kernediametre

Lasersvejsningkan opnås ved hjælp af kontinuerlige eller pulserende laserstråler. Principperne forlasersvejsningkan opdeles i varmeledningssvejsning og laserdybpenetrationssvejsning. Når effekttætheden er mindre end 104~105 W/cm2, er det varmeledningssvejsning. På dette tidspunkt er penetrationsdybden lav, og svejsehastigheden er langsom; når effekttætheden er større end 105~107 W/cm2, er metaloverfladen konkav i "huller" på grund af varme, hvilket danner dybpenetrationssvejsning, som har karakteristika som hurtig svejsehastighed og stort aspektforhold. Princippet for termisk ledninglasersvejsninger: laserstråling opvarmer den overflade, der skal bearbejdes, og overfladevarmen diffunderer til det indre gennem termisk ledning. Ved at styre laserparametre som laserpulsbredde, energi, peakeffekt og repetitionsfrekvens smeltes emnet for at danne en specifik smeltebassin.

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 energiomdannelsesmekanismen fuldføres gennem en "nøglehulsstruktur".

Under laserbestråling med en tilstrækkelig høj effekttæthed fordamper materialet, og der dannes små huller. Dette lille hul fyldt med damp er som et sort legeme, der absorberer næsten al energien fra den indfaldende stråle. Ligevægtstemperaturen i hullet når omkring 2500°F.°C. Varmen overføres fra ydervæggen af ​​højtemperaturhullet, hvilket får metallet omkring hullet til at smelte. Det lille hul fyldes med højtemperaturdamp, der genereres ved kontinuerlig 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 afsættes energien først på emnets overflade og transporteres derefter til det indre ved overførsel). Væskestrømmen uden for hulvæggen og overfladespændingen af ​​væglaget er i fase med det kontinuerligt genererede damptryk i hulhulrummet og opretholder en dynamisk balance. Lysstrålen trænger kontinuerligt ind i det lille hul, og materialet uden for det lille hul strømmer 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 mellemrummet, 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 op på flere meter i minuttet.

Efter at have forstået de grundlæggende koncepter inden for effekttæthed, termisk ledningsevnesvejsning og dybpenetrationssvejsning, vil vi derefter udføre en sammenlignende analyse af effekttætheden og de metallografiske faser for forskellige kernediametre.

Sammenligning af svejseforsøg baseret på almindelige laserkernediametre på markedet:

Effekttæthed for fokuspunktsposition for lasere med forskellige kernediametre

Fra et effekttæthedsperspektiv, under samme effekt, jo mindre kernediameteren er, desto højere er laserens lysstyrke og desto mere koncentreret er energien. Hvis laseren sammenlignes med en skarp kniv, jo mindre kernediameteren er, desto skarpere er laseren. Effekttætheden for en laser med en kernediameter på 14 µm er mere end 50 gange højere end for en laser med en kernediameter på 100 µm, og behandlingskapaciteten er stærkere. Samtidig er den her beregnede effekttæthed blot en simpel gennemsnitlig tæthed. Den faktiske energifordeling er en omtrentlig Gaussisk fordeling, og den centrale energi vil være flere gange den gennemsnitlige effekttæthed.

Skematisk diagram over laserenergifordeling med forskellige kernediametre

Farven på energifordelingsdiagrammet er energifordelingen. Jo rødere farven er, desto højere er energien. 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 at laserstrålen er skarp. Jo mindre, desto mere koncentreret energien er på ét punkt, desto skarpere er den, og desto stærkere er dens gennemtrængningsevne.

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 kernediameteren er, desto større smeltebredde, desto større er den varmepåvirkede zone, og desto mindre er enhedens effekttæthed. Når kernediameteren overstiger 200 µm, er det ikke let at opnå en penetrationsdybde på højreaktionslegeringer som aluminium og kobber, og en højere dyb penetrationssvejsning kan kun opnås med høj effekt;

(3) Lasere med små kerner har høj effekttæthed og kan hurtigt lave nøglehuller på overfladen af ​​materialer med høj energi og små varmepåvirkede zoner. Samtidig er svejseoverfladen ru, og sandsynligheden for nøglehullets kollaps er høj under lavhastighedssvejsning, og nøglehullet er lukket under svejsecyklussen. Cyklussen er lang, og defekter som defekter og porer er tilbøjelige til at opstå. Den er egnet 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 laseroverfladesmeltning, beklædning, udglødning og andre processer.