Lāzeru ar dažādu serdes diametru metināšanas efektu salīdzinājums
Metāla materiālu apstrāde ar lāzeru galvenokārt ir termiskā apstrāde, kuras pamatā ir fototermiskais efekts. Kad lāzers apstaro materiāla virsmu, materiāla virsmas laukums dažādos jaudas blīvumos piedzīvos dažādas izmaiņas. Šīs izmaiņas ietver paaugstinātu virsmas temperatūru, kušanu, iztvaikošanu, atslēgas caurumu veidošanos un fotoplazmas veidošanos. Turklāt materiāla virsmas apgabala fiziskā stāvokļa maiņa lielā mērā ietekmē materiāla lāzera gaismas absorbciju. Vispārīgi runājot, jo augstāka temperatūra, jo augstāks ir materiāla absorbcijas ātrums lāzera gaismā. Palielinoties jaudas blīvumam un darbības laikam, metāla materiālam tiks veiktas šādas fiziskā stāvokļa izmaiņas, kā parādīts 1. attēlā [1].
Lāzermetināšanai ir divi kodoli: siltuma pārnese un siltuma vadīšana. Siltuma pārnese ir saistīta ar siltuma avotu, jaudas blīvumu un līnijas enerģiju; Gaisa plūsma, lai precīzi noregulētu. Metināšanas procesā galvenokārt tiek regulēts siltuma avots, jaudas blīvums un līnijas enerģija. Iesaistītie procesa parametri ir: lāzera serdes diametra, jaudas, ātruma un defokusēšanas apjoma izvēle. Ņemot vērā, ka šis raksts galvenokārt koncentrējas uz lāzeriem ar dažādu serdes diametru un galvenokārt ietver dažādu jaudas blīvumu, 2. attēlā parādīta vienkārša jaudas blīvuma aprēķina formula:
Ir divi galvenie lāzermetināšanas veidi atbilstoši metināšanas procesa absorbcijas ātrumam, viens ir siltuma vadīšanas metināšana (dziļuma un platuma attiecība).<1, laser absorption rate of red light is within 20%, and different wavelengths are different), and the other is deep penetration welding (Aspect ratio > 1, the absorption rate is greater than the absorption rate of the molten pool of the material, more than 60%, mainly due to the multiple reflection and absorption of the laser in the keyhole).
Lāzera siltuma vadīšanas metināšana:
Dažāds lāzera izstarojums radīs dažādas materiāla stāvokļa izmaiņas, kas metināšanas procesā atspoguļojas kā divi tipiski metināšanas režīmi: lāzera siltuma vadīšanas metināšana un lāzera dziļi iespiešanās metināšana. Siltuma pārneses process, metinājuma veidošanās mehānisms, procesa raksturlielumi un abu pielietojuma diapazons ir ļoti atšķirīgi.
Lāzera siltuma vadīšanas metināšanas režīms:
Siltuma vadīšanas metināšanas laikā lāzera izstarojums, kas izstarots uz sagataves virsmas, ir diapazonā no 10E4 ~ 10E6W/cm, un lāzera enerģiju absorbē plāns slānis 10 ~ 100 m uz virsmas. Lāzera enerģija uz virsmas tiek pārnesta uz materiāla iekšpusi ar siltuma vadīšanu, un lāzeru nevar tieši pieskarties. Pēc noteikta lāzera apstarošanas perioda virsma sasniedz kušanu, un šī kušanas izoterma izplatās dziļi materiālā, un virsmas temperatūra turpina paaugstināties. Bet augstākais var sasniegt tikai materiāla viršanas temperatūru, neatkarīgi no tā, cik augsta ir temperatūra, materiāls iztvaiko un veidos bedres, tiks iznīcināts stabilais siltuma vadīšanas metināšanas process, izkusušais baseins svārstīsies un materiāls būs nodedzinātas. Parasti siltuma vadīšanas metināšanu galvenokārt izmanto plānās plāksnēs. Šajā gadījumā tam ir jāpieliek punkts. Lāzera stara un sagataves relatīvā kustībā veidojas sekla un plata metinājuma šuve, kā parādīts 3. attēlā. Metināšanas šuves dziļuma un platuma attiecība ir maza, un metinājuma šuves platums parasti ir vairāk nekā divas reizes lielāks par iespiešanās dziļumu. Zemāk redzamajā attēlā parādīts tipiskas lāzera siltuma vadīšanas metināšanas šuves šķērsgriezuma izskats, un metinājuma šuves forma ir aptuveni puslodes forma.
Dažādu serdes diametru lāzeru salīdzinājums:
(1) Eksperimenta ātrums ir 150 mm/s, fokusa pozīcija ir metināta, materiāls ir 1 sērijas alumīnijs un biezums ir 2 mm;
(2) Jo lielāks ir serdes diametrs, jo lielāks ir saplūšanas platums, jo lielāka ir siltuma ietekmētā zona un mazāks vienības jaudas blīvums. Ja serdes diametrs pārsniedz 200 um, nav viegli sasniegt iespiešanās dziļumu augstas reakcijas sakausējumos, piemēram, alumīnijs un varš, un ir nepieciešama lielāka jauda, var panākt dziļu iespiešanās metināšanu;
(3) Maza serdeņa diametra lāzeram ir augsts jaudas blīvums, tas var ātri izdurt atslēgas caurumus uz materiāla virsmas ar lielu enerģiju, un tam ir maza siltuma ietekmes zona, bet tajā pašā laikā metinājuma virsma ir raupja, atslēgas cauruma sabrukšanas iespējamība ir augsta zema ātruma metināšanas laikā, un atslēgas caurums ir aizvērts metināšanas cikla laikā. Ilgs cikls, viegli veidojams defekti, poras un citi defekti, piemērots ātrgaitas apstrādei vai apstrādei ar šūpoles celiņu;
(4) Liela diametra lāzeri ir piemērotāki lāzera virsmu pārkausēšanai, apšuvumam, atkausēšanai un citiem procesiem, jo tiem ir liels plankums un vairāk izkliedēta enerģija.
Augsti atstarojoši materiāli: alumīnijs, varš, nerūsējošais tērauds, niķelis, molibdēns utt.;
(1) Augsti atstarojošiem materiāliem ir jāizvēlas maza diametra lāzers. Lieljaudas blīvuma lāzera stara izmantošana, lai ātri uzsildītu materiālu līdz sašķidrinātam vai iztvaicētam stāvoklim, uzlabotu materiāla lāzera absorbcijas ātrumu un panāktu efektīvu un ātru apstrādi. Ir viegli izvēlēties lāzeru ar lielu serdes diametru. Novest pie lielas atstarošanas, virtuālas metināšanas un pat izdegšanas lāzera;
Pret plaisām jutīgi materiāli: niķelis, niķelēts varš, alumīnijs, nerūsējošais tērauds, titāna sakausējums utt.
(2) Šāda veida materiāliem parasti ir nepieciešama stingra siltuma ietekmētās zonas kontrole, un tam ir nepieciešams neliels kausētais baseins. Piemērotāk ir izvēlēties maza diametra lāzeru;
Ātrgaitas lāzera apstrāde:
(3) Metināšanai ar dziļu iespiešanos ir nepieciešama ātrgaitas lāzera apstrāde, un ir jāizvēlas lāzers ar augstu enerģijas blīvumu, lai nodrošinātu, ka līnijas enerģija ir pietiekama, lai izkausētu materiālu lielā ātrumā, jo īpaši metināšanai ar klēpja metināšanu, iespiešanās metināšanu un citas mazas serdes, kurām nepieciešams liels iespiešanās dziļums. Radiālie lāzeri ir piemērotāki.
Advantages and applications of large core lasers (>100 um):
Liels serdes diametrs un liels plankums, liels siltuma pārklājuma laukums, plaša iedarbības virsma un nodrošina tikai materiāla virsmas mikrokušanu, ļoti piemērots izmantošanai lāzera apšuvumā, lāzera pārkausēšanā, lāzera atkausēšanā, lāzera sacietēšanā utt. zonās, liela vieta nozīmē lielāku produktivitāti un mazākus defektus (siltuma vadīšanas lodēšana ir gandrīz bez defektiem).
Metināšanas ziņā lielo punktu galvenokārt izmanto kompozītmetināšanai, ko izmanto savienošanai ar mazu serdes diametra lāzeru: lielais punkts liek materiāla virsmai nedaudz izkausēt, pārvēršoties no cietas uz šķidru, kas ievērojami uzlabo absorbcijas ātrumu. no materiāla uz lāzeru, un pēc tam izmanto nelielu serdi. Šajā procesā lielā plankuma priekšsildīšanas, pēcapstrādes un lielā temperatūras gradienta dēļ, kas tiek piešķirts izkausētajam baseinam, materiāls nav pakļauts plaisu defektiem. ar ātru karsēšanu un ātru dzesēšanu. Tas var padarīt metinājuma šuves izskatu gludāku un tajā pašā laikā panākt mazāku šļakatu līmeni nekā ar vienu lāzera šķīdumu.
