Параўнанне зварачных эфектаў лазераў з рознымі дыяметрамі стрыжня

Лазерная зваркаможна дасягнуць з дапамогай бесперапынных або імпульсных лазерных прамянёў. Прынцыпылазерная зваркаможна падзяліць на цеплаправодную зварку і лазерную зварку глыбокага пранікнення. Калі шчыльнасць магутнасці меншая за 104~105 Вт/см2, гэта цеплаправодная зварка. У гэтым выпадку глыбіня пранікнення невялікая, а хуткасць зваркі нізкая; калі шчыльнасць магутнасці большая за 105~107 Вт/см2, паверхня металу ўвагнутая ў «адтуліны» з-за цяпла, утвараючы зварку глыбокага пранікнення, 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. Кантралюючы такія параметры лазера, як шырыня лазернага імпульсу, энергія, пікавая магутнасць і частата паўтарэння, дэталь плавіцца, утвараючы спецыфічную расплаўленую ванну.

Лазерная зварка глыбокім пранікненнем звычайна выкарыстоўвае бесперапынны лазерны прамень для злучэння матэрыялаў. Яе металургічны фізічны працэс вельмі падобны на электронна-прамянёвую зварку, гэта значыць механізм пераўтварэння энергіі ажыццяўляецца праз структуру «замочнай свідравіны».

Пад уздзеяннем лазернага выпраменьвання з дастаткова высокай шчыльнасцю магутнасці матэрыял выпараецца і ўтвараюцца невялікія адтуліны. Гэтая невялікая адтуліна, запоўненая парай, падобная на чорнае цела, паглынаючы амаль усю энергію падаючага прамяня. Раўнаважная тэмпература ў адтуліне дасягае каля 2500°F (100°C).°C. Цяпло перадаецца ад вонкавай сценкі высокатэмпературнага адтуліны, у выніку чаго метал вакол адтуліны плаўіцца. Невялікая адтуліна запоўнена высокатэмпературнай парай, якая ўтвараецца ў выніку бесперапыннага выпарэння матэрыялу сценкі пад уздзеяннем прамяня. Сценкі невялікай адтуліны акружаны расплаўленым металам, а вадкі метал — цвёрдымі матэрыяламі (у большасці традыцыйных працэсаў зваркі і лазернай кандукцыйнай зваркі энергія спачатку асядае на паверхні апрацоўванай дэталі, а затым перадаецца ўнутр шляхам перадачы). Паток вадкасці звонку сценкі адтуліны і павярхоўнае нацяжэнне пласта сценкі знаходзяцца ў фазе з бесперапынна ствараным ціскам пары ў поласці адтуліны і падтрымліваюць дынамічны баланс. Светлавы прамень бесперапынна ўваходзіць у невялікую адтуліну, і матэрыял звонку невялікай адтуліны бесперапынна цячэ. Па меры руху светлавога прамяня невялікая адтуліна заўсёды знаходзіцца ў стабільным стане патоку.

Гэта значыць, што невялікая адтуліна і расплаўлены метал вакол яе рухаюцца з хуткасцю пілотнага прамяня. Расплаўлены метал запаўняе зазор, які ўтвараецца пасля выдалення невялікай адтуліны, і адпаведна кандэнсуецца, утвараючы зварны шов. Усё гэта адбываецца так хутка, што хуткасць зваркі можа лёгка дасягаць некалькіх метраў у хвіліну.

Пасля разумення асноўных паняццяў шчыльнасці магутнасці, зваркі па цеплаправоднасці і зваркі з глыбокім праварваннем мы далей правядзем параўнальны аналіз шчыльнасці магутнасці і металаграфічных фаз розных дыяметраў стрыжня.

Параўнанне зварачных эксперыментаў на аснове распаўсюджаных дыяметраў лазернага стрыжня, ​​даступных на рынку:

Шчыльнасць магутнасці факальнай плямы лазераў з рознымі дыяметрамі стрыжня

З пункту гледжання шчыльнасці магутнасці, пры аднолькавай магутнасці, чым меншы дыяметр ядра, тым вышэйшая яркасць лазера і тым больш канцэнтраваная энергія. Калі параўнаць лазер з вострым нажом, то чым меншы дыяметр ядра, тым больш востры лазер. Шчыльнасць магутнасці лазера з дыяметрам ядра 14 мкм большая чым у 50 разоў, чым у лазера з дыяметрам ядра 100 мкм, і вылічальная здольнасць мацнейшая. У той жа час, разлічаная тут шчыльнасць магутнасці з'яўляецца проста сярэдняй шчыльнасцю. Фактычнае размеркаванне энергіі з'яўляецца прыблізнай Гаўсавай дынамікай, і цэнтральная энергія будзе ў некалькі разоў перавышаць сярэднюю шчыльнасць магутнасці.

Схематычная дыяграма размеркавання лазернай энергіі з рознымі дыяметрамі стрыжня

Колер дыяграмы размеркавання энергіі — гэта размеркаванне энергіі. Чым чырванейшы колер, тым вышэйшая энергія. Чырвоны колер — гэта месца, дзе энергія сканцэнтравана. Праз размеркаванне лазернай энергіі лазерных прамянёў з розным дыяметрам асяродку відаць, што фронт лазернага прамяня не рэзкі, а лазерны прамень рэзкі. Чым меншы прамень, тым больш сканцэнтравана энергія ў адной кропцы, тым ён вастрэйшы і тым мацнейшая яго пранікальная здольнасць.

Параўнанне зварачных эфектаў лазераў з рознымі дыяметрамі стрыжня

Параўнанне лазераў з рознымі дыяметрамі стрыжня:

(1) У эксперыменце выкарыстоўваецца хуткасць 150 мм/с, зварка ў факусаваным становішчы, а матэрыял - алюміній 1 серыі, таўшчынёй 2 мм;

(2) Чым большы дыяметр стрыжня, ​​тым большая шырыня плаўлення, тым большая зона цеплавога ўздзеяння і тым меншая шчыльнасць магутнасці адзінкі. Калі дыяметр стрыжня перавышае 200 мкм, цяжка дасягнуць глыбіні пранікнення ў высокарэактыўных сплавах, такіх як алюміній і медзь, і зварка з большай глыбокай пранікненнем можа быць дасягнута толькі пры высокай магутнасці;

(3) Лазеры з малым стрыжнем маюць высокую шчыльнасць магутнасці і могуць хутка прабіваць замочныя адтуліны ў паверхні матэрыялаў з высокай энергіяй і невялікімі зонамі цеплавога ўздзеяння. Аднак у той жа час паверхня зварнога шва шурпатая, і верагоднасць разбурэння замочнай адтуліны высокая падчас нізкахуткаснай зваркі, і замочная адтуліна зачыняецца падчас цыклу зваркі. Цыкл доўгі, і схільны да ўзнікнення дэфектаў, такіх як дэфекты і поры. Ён падыходзіць для высакахуткаснай апрацоўкі або апрацоўкі з траекторыяй вагання;

(4) Лазеры з вялікім дыяметрам ядра маюць большыя светлавыя плямы і больш рассеяную энергію, што робіць іх больш прыдатнымі для лазернага пераплаўлення паверхні, плакавання, адпалу і іншых працэсаў.