Лазерная зваркаможна дасягнуць з дапамогай бесперапыннага або імпульснага лазернага прамяня. Прынцыпы стлазерная зваркаможна падзяліць на зварку цеплаправоднасцю і лазерную зварку глыбокага пранікнення. Калі шчыльнасць магутнасці менш за 104~105 Вт/см2, гэта зварка цеплаправоднасцю. У гэты час глыбіня пранікнення невялікая, а хуткасць зваркі нізкая; калі шчыльнасць магутнасці перавышае 105~107 Вт/см2, металічная паверхня ўвагнутая ў «адтуліны» з-за цяпла, утвараючы зварку глыбокага правару, якая мае характарыстыкі высокай хуткасці зваркі і вялікага суадносін бакоў. Прынцып цеплаправоднасцілазерная зваркагэта: лазернае выпраменьванне награвае паверхню, якая падлягае апрацоўцы, і цяпло паверхні распаўсюджваецца ўнутр праз цеплаправоднасць. Дзякуючы кіраванню лазернымі параметрамі, такімі як працягласць лазернага імпульсу, энергія, пікавая магутнасць і частата паўтарэння, нарыхтоўка расплаўляецца з адукацыяй спецыяльнай расплаўленай ванны.
Лазерная зварка глыбокім пранікненнем звычайна выкарыстоўвае бесперапынны лазерны прамень для завяршэння злучэння матэрыялаў. Яго металургічны фізічны працэс вельмі падобны да працэсу электронна-прамянёвай зваркі, гэта значыць механізм пераўтварэння энергіі ажыццяўляецца праз структуру «замочная адтуліна».
Пад дзеяннем лазернага апраменьвання з досыць высокай шчыльнасцю магутнасці матэрыял выпараецца і ўтвараюцца невялікія адтуліны. Гэтая невялікая дзірка, запоўненая парай, падобная на чорнае цела, якое паглынае амаль усю энергію падаючага прамяня. Раўнаважкая тэмпература ў дзірцы дасягае каля 2500°C. Цяпло перадаецца ад знешняй сценкі высокатэмпературнага адтуліны, выклікаючы плаўленне металу, які атачае адтуліну. Невялікае адтуліну запоўнена парай высокай тэмпературы, якая ўтвараецца ў выніку бесперапыннага выпарэння матэрыялу сценкі пад дзеяннем прамяня. Сценкі невялікай адтуліны акружаны расплаўленым металам, а вадкі метал акружаны цвёрдымі матэрыяламі (у большасці звычайных працэсаў зваркі і лазернай зваркі энергія спачатку асядае на паверхні нарыхтоўкі, а затым транспартуецца ўнутр шляхам перадачы ). Паток вадкасці за межамі сценкі адтуліны і павярхоўнае нацяжэнне пласта сценкі знаходзяцца ў фазе з бесперапынна ствараным ціскам пара ў адтуліне і падтрымліваюць дынамічны баланс. Прамень святла бесперапынна паступае ў маленькае адтуліну, а матэрыял па-за невялікім адтулінай бесперапынна цячэ. Калі светлавы прамень рухаецца, маленькае адтуліну заўсёды знаходзіцца ў стабільным стане патоку.
Гэта значыць, невялікая адтуліна і расплаўлены метал, які атачае сценку адтуліны, рухаюцца наперад з хуткасцю накіроўвалага прамяня. Расплаўлены метал запаўняе шчыліну, якая засталася пасля выдалення невялікай адтуліны, і адпаведна ўшчыльняецца, і ўтвараецца зварны шво. Усё гэта адбываецца настолькі хутка, што хуткасць зваркі лёгка можа дасягаць некалькіх метраў у хвіліну.
Пасля разумення асноўных паняццяў шчыльнасці магутнасці, цеплаправоднасці зваркі і зваркі глыбокім пранікненнем мы правядзем параўнальны аналіз шчыльнасці магутнасці і металаграфічных фаз розных дыяметраў стрыжня.
Параўнанне зварачных эксперыментаў на аснове агульных дыяметраў стрыжня лазера на рынку:
Шчыльнасць магутнасці размяшчэння факальнай плямы лазераў з розным дыяметрам стрыжня
З пункту гледжання шчыльнасці магутнасці, пры аднолькавай магутнасці, чым меншы дыяметр стрыжня, тым вышэй яркасць лазера і больш канцэнтраваная энергія. Калі параўноўваць лазер з вострым нажом, чым меншы дыяметр стрыжня, тым вастрэй лазер. Шчыльнасць магутнасці лазера з дыяметрам стрыжня 14 мкм больш чым у 50 разоў перавышае шчыльнасць магутнасці лазера з дыяметрам стрыжня 100 мкм, і здольнасць апрацоўваць мацней. У той жа час, разлічаная тут шчыльнасць магутнасці - простая сярэдняя шчыльнасць. Фактычнае размеркаванне энергіі з'яўляецца прыблізным размеркаваннем Гаўса, а цэнтральная энергія ў некалькі разоў перавышае сярэднюю шчыльнасць магутнасці.
Прынцыповая схема размеркавання лазернай энергіі пры розных дыяметрах стрыжня
Колер дыяграмы размеркавання энергіі - размеркаванне энергіі. Чым чырваней колер, тым вышэй энергія. Чырвоная энергія - гэта месца, дзе канцэнтруецца энергія. Дзякуючы размеркаванню лазернай энергіі лазерных прамянёў з розным дыяметрам стрыжня, можна заўважыць, што фронт лазернага прамяня не рэзкі, а лазерны прамень рэзкі. Чым менш, чым больш канцэнтраваная энергія ў адной кропцы, тым яна вастрэй і тым мацней яе пранікальная здольнасць.
Параўнанне эфектаў зваркі лазераў з рознымі дыяметрамі стрыжняў
Параўнанне лазераў з рознымі дыяметрамі стрыжня:
(1) У эксперыменце выкарыстоўваецца хуткасць 150 мм/с, зварка ў фокусным становішчы, а матэрыял - алюміній серыі 1 таўшчынёй 2 мм;
(2) Чым большы дыяметр ядра, тым большая шырыня плаўлення, тым большая зона цеплавога ўздзеяння і меншая адзінкавая шчыльнасць магутнасці. Калі дыяметр стрыжня перавышае 200 мкм, няпроста дасягнуць глыбіні правару на сплавах з высокай рэакцыяй, такіх як алюміній і медзь, а зварка з больш высокім глыбокім пранікненнем можа быць дасягнута толькі пры высокай магутнасці;
(3) Лазеры з невялікім стрыжнем маюць высокую шчыльнасць магутнасці і могуць хутка прабіваць замочныя свідравіны на паверхні матэрыялаў з высокай энергіяй і невялікімі зонамі цеплавога ўздзеяння. Аднак у той жа час паверхня зварнога шва з'яўляецца шурпатай, і верагоднасць руйнавання замочнай свідравіны высокая падчас зваркі на нізкай хуткасці, і замочная свідравіна зачынена падчас цыкла зваркі. Цыкл доўгі, і часта ўзнікаюць такія дэфекты, як дэфекты і пары. Падыходзіць для высакахуткаснай апрацоўкі або апрацоўкі з вагальнай траекторыяй;
(4) Лазеры з вялікім дыяметрам стрыжня маюць большыя светлавыя плямы і больш рассейваную энергію, што робіць іх больш прыдатнымі для пераплаўлення лазернай паверхні, плакіроўкі, адпалу і іншых працэсаў.
Час публікацыі: 6 кастрычніка 2023 г
