Poređenje efekata zavarivanja lasera sa različitim prečnikima jezgra
Laserska obrada metalnih materijala je uglavnom termička obrada zasnovana na fototermalnom efektu. Kada laser ozrači površinu materijala, površina materijala će biti podvrgnuta različitim promjenama pod različitim gustoćama snage. Ove promjene uključuju povećanu temperaturu površine, topljenje, isparavanje, formiranje ključaonice i stvaranje fotoplazme. Štaviše, promena fizičkog stanja površine materijala u velikoj meri utiče na materijalnu apsorpciju laserske svetlosti. Općenito govoreći, što je temperatura viša, to je veća stopa apsorpcije laserske svjetlosti od strane materijala. Sa povećanjem gustine snage i vremena djelovanja, metalni materijal će doživjeti sljedeće promjene fizičkog stanja, kao što je prikazano na slici 1 [1].
Postoje dvije jezgre laserskog zavarivanja: prijenos topline i provodljivost topline. Prijenos topline je povezan s izvorom topline, gustinom snage i energijom linije; Protok zraka za fino podešavanje. U procesu zavarivanja se uglavnom prilagođava izvor topline, gustina snage i energija linije. Uključeni parametri procesa uključuju: odabir prečnika laserskog jezgra, snage, brzine i količine defokusiranja. S obzirom da se ovaj članak uglavnom fokusira na lasere s različitim promjerima jezgre i uglavnom uključuje različite gustoće snage, Slika 2 prikazuje jednostavnu formulu za izračunavanje gustine snage:
Postoje dvije glavne vrste laserskog zavarivanja prema brzini apsorpcije procesa zavarivanja, jedna je zavarivanje provodljivošću topline (omjer dubine i širine<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).
Lasersko zavarivanje toplotne provodljivosti:
Različito lasersko zračenje će uzrokovati različite promjene u stanju materijala, što se odražava u procesu zavarivanja kao dva tipična načina zavarivanja: lasersko zavarivanje provodljivošću topline i lasersko zavarivanje dubokog prodora. Proces prijenosa topline, mehanizam formiranja zavara, karakteristike procesa i opseg primjene su vrlo različiti.
Način laserskog zavarivanja provodljivošću topline:
Tokom zavarivanja provodljivom toplotom, lasersko zračenje na površini radnog komada je u opsegu od 10E4~10E6W/cm, a laserska energija se apsorbuje u tankom sloju od 10~100m na površini. Laserska energija na površini prenosi se u unutrašnjost materijala vođenjem topline, a laser se ne može direktno dodirnuti. Nakon određenog perioda laserskog zračenja, površina dolazi do topljenja, a ova izoterma topljenja se širi duboko u materijal, a temperatura površine nastavlja rasti. Ali najviša može doseći samo tačku ključanja materijala, bez obzira na to koliko je visoka temperatura, materijal će ispariti i formirati jame, stabilan proces zavarivanja provodljivosti topline će biti uništen, rastopljeni bazen će oscilirati, a materijal će biti uništen. spaljena. Općenito, zavarivanje provodljivošću topline se uglavnom koristi u tankim pločama. U ovom slučaju treba stati na kraj tome. Relativnim kretanjem laserskog snopa i radnog komada formira se plitak i širok zavareni šav, kao što je prikazano na slici 3. Odnos dubine i širine zavarenog šava je mali, a širina zavarenog šava je uglavnom više od dvostruke dubine prodiranja. Slika ispod prikazuje izgled poprečnog presjeka tipičnog laserskog šava za zavarivanje koji provodi toplinu, a oblik šava je približno hemisferičan.
Poređenje lasera različitih prečnika jezgre:
(1) Brzina eksperimenta je 150 mm/s, pozicija fokusa je zavarena, materijal je aluminijum serije 1, a debljina je 2 mm;
(2) Što je veći prečnik jezgra, veća je širina fuzije, veća je zona toplotnog uticaja i manja je gustina snage jedinice. Kada promjer jezgra prelazi 200um, nije lako postići dubinu penetracije na legurama visoke reakcije kao što su aluminij i bakar, a zahtijeva veću snagu može postići zavarivanje dubokog prodora;
(3) Laser malog promjera jezgre ima veliku gustoću snage, može brzo probiti ključaonice na površini materijala s visokom energijom i ima malu zonu toplotnog utjecaja, ali je u isto vrijeme površina zavara hrapava, vjerovatnoća urušavanja ključaonice je velika tokom zavarivanja pri maloj brzini, a ključaonica je zatvorena tokom ciklusa zavarivanja. Dug ciklus, lako se proizvedu defekti, pore i drugi nedostaci, pogodni za obradu velikom brzinom ili obradu sa zakretnom stazom;
(4) Laseri velikog prečnika su pogodniji za lasersko površinsko pretapanje, oblaganje, žarenje i druge procese zbog njihove velike tačke i više dispergovane energije.
Materijali visoke refleksije: aluminijum, bakar, nerđajući čelik, nikal, molibden itd.;
(1) Visokoreflektivni materijali trebaju odabrati laser malog promjera. Korištenje laserskog zraka velike gustine za brzo zagrijavanje materijala do ukapljenog ili isparenog stanja, poboljšanje brzine laserske apsorpcije materijala i postizanje efikasne i brze obrade. Lako je izabrati laser sa velikim prečnikom jezgra. Dovode do velike refleksije, dovode do virtuelnog zavarivanja, pa čak i sagorevanja lasera;
Materijali osetljivi na pukotine: nikl, niklovani bakar, aluminijum, nerđajući čelik, legura titana itd.
(2) Ova vrsta materijala općenito zahtijeva strogu kontrolu zone pogođene toplinom i zahtijeva malu rastopljenu bazenu. Prikladnije je odabrati laser malog promjera;
Laserska obrada velike brzine:
(3) Zavarivanje dubokog prodiranja zahtijeva lasersku obradu velike brzine i potrebno je odabrati laser visoke gustoće energije kako bi se osiguralo da je energija linije dovoljna za topljenje materijala velikom brzinom, posebno za zavarivanje u preklopu, zavarivanje penetracijom i druge male jezgre koje zahtijevaju veliku dubinu prodiranja. Radijalni laseri su prikladniji.
Advantages and applications of large core lasers (>100um):
Veliki prečnik jezgre i velika tačka, velika površina pokrivanja toplote, široka površina delovanja, i postiže se samo mikrotaljenje na površini materijala, veoma pogodno za primene u laserskom oblaganju, laserskom pretapljenju, laserskom žarenju, laserskom očvršćavanju, itd. područja, velika tačka znači veću produktivnost i manje defekta (lemljenje provodljivosti topline je gotovo bez defekata).
Što se tiče zavarivanja, velika tačka se uglavnom koristi za kompozitno zavarivanje, koje se koristi za spajanje laserom malog prečnika jezgre: velika tačka čini da se površina materijala lagano topi, pretvarajući se iz čvrstog u tečnost, što uvelike poboljšava stopu apsorpcije materijala do lasera, a zatim koristi malo jezgro. U ovom procesu, zbog predgrijavanja velike tačke, naknadne obrade i velikog temperaturnog gradijenta koji se daje rastopljenom bazenu, materijal nije sklon nastanku pukotina uzrokovanih defektima. brzim zagrevanjem i brzim hlađenjem. Može učiniti izgled zavara glatkijim, a istovremeno postići manje prskanje u odnosu na jedno lasersko rješenje.
