Vergelyking van sweiseffekte van lasers met verskillende kerndiameters

Lasersweiswerkkan bereik word deur middel van deurlopende of gepulseerde laserstrale. Die beginsels vanlasersweiswerkkan verdeel word in hittegeleidingsweiswerk en laser-dieppenetrasiesweiswerk. Wanneer die drywingsdigtheid minder as 104~105 W/cm2 is, is dit hittegeleidingsweiswerk. Op hierdie tydstip is die penetrasiediepte vlak en die sweisspoed stadig; wanneer die drywingsdigtheid groter as 105~107 W/cm2 is, is die metaaloppervlak konkaaf in "gate" as gevolg van hitte, wat dieppenetrasiesweiswerk vorm, wat die eienskappe van vinnige sweisspoed en groot aspekverhouding het. Die beginsel van termiese geleidinglasersweiswerkis: laserstraling verhit die oppervlak wat verwerk moet word, en die oppervlakhitte versprei na die binnekant deur termiese geleiding. Deur laserparameters soos laserpulswydte, energie, piekvermoë en herhalingsfrekwensie te beheer, word die werkstuk gesmelt om 'n spesifieke gesmelte poel te vorm.

Laser-dieppenetrasiesweiswerk gebruik gewoonlik 'n deurlopende laserstraal om die verbinding van materiale te voltooi. Die metallurgiese fisiese proses is baie soortgelyk aan dié van elektronstraalsweiswerk, dit wil sê, die energie-omskakelingsmeganisme word deur 'n "sleutelgat"-struktuur voltooi.

Onder laserbestraling met 'n hoë genoeg kragdigtheid verdamp die materiaal en klein gaatjies word gevorm. Hierdie klein gaatjie gevul met damp is soos 'n swart liggaam wat byna al die energie van die invallende straal absorbeer. Die ewewigstemperatuur in die gat bereik ongeveer 2500°C. Die hitte word oorgedra vanaf die buitenste wand van die hoëtemperatuurgat, wat veroorsaak dat die metaal rondom die gat smelt. Die klein gaatjie word gevul met hoëtemperatuurstoom wat gegenereer word deur die voortdurende verdamping van die wandmateriaal onder die bestraling van die straal. Die wande van die klein gaatjie word omring deur gesmelte metaal, en die vloeibare metaal word omring deur vaste materiale (in die meeste konvensionele sweisprosesse en lasergeleidingsweising word die energie eers op die oppervlak van die werkstuk neergelê en dan deur oordrag na die binnekant vervoer). Die vloeistofvloei buite die gatwand en die oppervlakspanning van die wandlaag is in fase met die voortdurend gegenereerde stoomdruk in die gatholte en handhaaf 'n dinamiese balans. Die ligstraal gaan voortdurend die klein gaatjie binne, en die materiaal buite die klein gaatjie vloei voortdurend. Soos die ligstraal beweeg, is die klein gaatjie altyd in 'n stabiele vloeitoestand.

Dit wil sê, die klein gaatjie en die gesmelte metaal rondom die gatwand beweeg vorentoe met die voorwaartse spoed van die loodsbalk. Die gesmelte metaal vul die gaping wat oorbly nadat die klein gaatjie verwyder is en kondenseer dienooreenkomstig, en die sweislas word gevorm. Dit alles gebeur so vinnig dat sweisspoed maklik etlike meters per minuut kan bereik.

Nadat ons die basiese konsepte van drywingsdigtheid, termiese geleidingsvermoë-sweising en dieppenetrasiesweising verstaan ​​het, sal ons vervolgens 'n vergelykende analise van die drywingsdigtheid en metallografiese fases van verskillende kerndiameters uitvoer.

Vergelyking van sweiseksperimente gebaseer op algemene laserkerndiameters op die mark:

Kragdigtheid van brandpuntposisie van lasers met verskillende kerndiameters

Vanuit die perspektief van kragdigtheid, onder dieselfde krag, hoe kleiner die kerndeursnee, hoe hoër die helderheid van die laser en hoe meer gekonsentreerd die energie. As die laser met 'n skerp mes vergelyk word, hoe kleiner die kerndeursnee, hoe skerper die laser. Die kragdigtheid van die 14um kerndeursnee laser is meer as 50 keer dié van die 100um kerndeursnee laser, en die verwerkingsvermoë is sterker. Terselfdertyd is die kragdigtheid wat hier bereken word, slegs 'n eenvoudige gemiddelde digtheid. Die werklike energieverspreiding is 'n benaderde Gaussiese verspreiding, en die sentrale energie sal 'n paar keer die gemiddelde kragdigtheid wees.

Skematiese diagram van laserenergieverspreiding met verskillende kerndiameters

Die kleur van die energieverspreidingsdiagram is die energieverspreiding. Hoe rooier die kleur, hoe hoër die energie. Die rooi energie is die plek waar die energie gekonsentreer is. Deur die laserenergieverspreiding van laserstrale met verskillende kerndiameters kan gesien word dat die laserstraalfront nie skerp is nie en die laserstraal skerp is. Hoe kleiner, hoe meer gekonsentreerd die energie op een punt is, hoe skerper is dit en hoe sterker is die penetrasievermoë daarvan.

Vergelyking van sweiseffekte van lasers met verskillende kerndiameters

Vergelyking van lasers met verskillende kerndiameters:

(1) Die eksperiment gebruik 'n spoed van 150 mm/s, fokusposisie-sweising, en die materiaal is 1-reeks aluminium, 2 mm dik;

(2) Hoe groter die kerndiameter, hoe groter die smeltwydte, hoe groter die hitte-geaffekteerde sone en hoe kleiner die eenheidskragdigtheid. Wanneer die kerndiameter 200 µm oorskry, is dit nie maklik om 'n penetrasiediepte op hoë-reaksie legerings soos aluminium en koper te bereik nie, en 'n hoër diep penetrasie sweiswerk kan slegs met hoë krag bereik word;

(3) Kleinkernlasers het 'n hoë kragdigtheid en kan vinnig sleutelgate op die oppervlak van materiale met hoë energie en klein hitte-geaffekteerde sones pons. Terselfdertyd is die oppervlak van die sweislas egter rof, en die waarskynlikheid van 'n sleutelgat-ineenstorting is hoog tydens laespoed-sweiswerk, en die sleutelgat is gesluit tydens die sweissiklus. Die siklus is lank, en defekte soos defekte en porieë is geneig om te voorkom. Dit is geskik vir hoëspoedverwerking of verwerking met 'n swaaibaan;

(4) Lasers met 'n groot kerndiameter het groter ligkolle en meer verspreide energie, wat hulle meer geskik maak vir laseroppervlakhersmelting, bekleding, uitgloeiing en ander prosesse.