Įvairių šerdies skersmens lazerių suvirinimo efekto palyginimas

Metalo medžiagų apdirbimas lazeriu daugiausia grindžiamas fototerminio efekto terminiu apdorojimu. Kai lazeris apšvitina medžiagos paviršių, esant skirtingiems galios tankiams, medžiagos paviršiaus plote įvyks įvairūs skirtingi pokyčiai. Šie pokyčiai apima didėjančią paviršiaus temperatūrą, tirpimą, garavimą, rakto skylučių susidarymą ir foto sukeltą plazmos susidarymą. Be to, medžiagos paviršiaus ploto fizinės būklės pokyčiai labai veikia lazerio absorbciją. Apskritai, kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis medžiagos sugerties greitis lazeryje. Didėjant galios tankiui ir veikimo laikui, metalinių medžiagų fizinės būsenos pasikeis toliau.

Lazerinio suvirinimo pagrindas yra du: šilumos perdavimas ir šilumos laidumas. Šilumos perdavimas yra susijęs su šilumos šaltiniu, galios tankiu ir linijos energija. Šilumos laidumas daugiausia susijęs su medžiagos šilumos išsklaidymo ir šilumos perdavimo greičiu, kuris priklauso būdingoms medžiagos savybėms, ir paprastai gali būti tiksliai sureguliuotas vandens aušinimo įrenginiais ir apsauginiu dujų srautu. Suvirinimo procese daugiausia reguliuojamas šilumos šaltinis, galios tankis ir linijos energija. Proceso parametrai yra šie: lazerio šerdies skersmuo, galia, greitis, defokusavimas ir pan.

Pagal suvirinimo proceso absorbcijos greitį yra du pagrindiniai suvirinimo lazeriu tipai. Vienas iš jų yra šilumai laidus suvirinimas (gylio ir pločio santykis < 1, lazerio raudonos šviesos sugerties greitis yra 20%, skirtingi bangos ilgiai skiriasi). Kitas yra gilaus įsiskverbimo suvirinimas (gylio ir pločio santykis > 1, absorbcijos greitis yra didesnis nei medžiagos lydymosi baseino absorbcijos greitis, daugiau nei 60%, daugiausia lazerio atspindžio sugertis rakto skylėje).

Šilumos laidumo suvirinimas lazeriu:

Skirtingas lazerio apšvita sukels skirtingus medžiagos būsenos pokyčius, kurie suvirinimo procese atsispindi dviem tipiniais suvirinimo režimais: šilumos laidumo suvirinimas lazeriu ir giluminis suvirinimas lazeriu. Šilumos perdavimo procesas, suvirinimo mechanizmas, technologinės charakteristikos ir jų taikymo sritis labai skiriasi.

Lazerinio šilumos laidumo suvirinimo režimas:

Šilumai laidaus suvirinimo metu lazerio spinduliuotė ruošinio paviršiuje yra 10E4–10E6W/cm. Lazerio energiją sugeria plonas 10–100 m paviršiaus sluoksnio sluoksnis, o paviršiaus sluoksnio lazerio energija perduodama į medžiagos vidų šilumos laidumo būdu, o lazerio negalima tiesiogiai liesti. Po tam tikro lazerio apšvitinimo laikotarpio paviršius tirpsta, o ši lydymosi izoterma sklinda gilyn į medžiagą, o paviršiaus temperatūra toliau kyla. Tačiau aukščiausia gali pasiekti tik medžiagos virimo temperatūrą, o kuo aukštesnė temperatūra, medžiaga išgaruos ir susidarys duobė. Stabilus šilumos laidumo suvirinimo procesas bus pažeistas, suvirinimo baseinas svyruos, o medžiaga bus sudeginta. Paprastai šilumai laidus suvirinimas dažniausiai naudojamas plonuose lakštuose, todėl šią situaciją reikia pašalinti. Santykiniam lazerio spindulio ir ruošinio judėjimui susidaro sekli ir plati suvirinimo siūlė, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Suvirinimo gylio ir pločio santykis yra mažas, o siūlės plotis paprastai yra daugiau nei 2 kartus didesnis už įsiskverbimo gylį. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas tipinio lazerinio šilumos laidumo suvirinimo siūlės profilis, o suvirinimo forma yra maždaug pusrutulio formos.

giluminis suvirinimas lazeriu:

Kai apšvita yra didesnė nei 10E7W/cm, veikiant lazeriui medžiagos paviršius išsilydo ir išgaruoja, o susidaręs garų atatrankos slėgis paveikia išlydytą baseiną žemyn, kad susidarytų rakto skylutė. Šviesos spindulys veikia tiesiai į rakto skylutės apačią, toliau lydydamas ir išgaruodamas metalą. Aukšto slėgio dujos nuolat susidaro iš rakto skylutės vidaus ir nuolat išsiveržia į išorę, taip dar labiau gilindamos skylę. Be to, spindulys eina vis gilyn, o lazerio šilumos šaltinis taip pat veikia medžiagos viduje, perduodamas šilumą iš rakto skylutės vidaus į medžiagą, kad susidarytų gilesnė šilumos veikiama zona. Tuo pačiu metu rakto skylutė užpildoma plazma, iš dalies jonizuota aukštos temperatūros garų, o virš rakto skylutės išėjimo susidaro tam tikras plazmos debesies diapazonas.

Rakto skylutės efektas vaidina svarbų vaidmenį sugeriant lazerį lazerio suvirinimo procese. Lazerio spindulys, patenkantis į rakto skylutę, beveik visiškai sugeriamas per daugybę skylės sienelės atspindžių. Kaip parodyta paveikslėlyje, jei rakto skylutė yra kūginis paviršius (kurio kampas ∅), šviesos spindulys, patenkantis išilgai kūgio ašies, atsispindi tiesiai per kūgį link rakto skylutės apačios ir atsispindi, atspindėdamas bendrą 180 laipsnių /∅. Plieno sugertis yra apie 13% vienam atspindžiui. Kai nustatytas P=10 laipsnis, bendras sugertis pasiekia 92 % per 18 atspindžių, o tai labai pagerėjo, palyginti su 13 % šilumos laidumu. Skirtumas tarp šilumos laidumo ir gilaus lydymosi paprastai priklauso nuo metalurginio lydymosi gylio: lydymosi plotis yra didesnis nei 1, o tai gali būti laikoma giliu lydymu, nes raktų skylių atsiradimas pagerina absorbcijos greitį. Šis paprastas metodas tinka suvirinimui vienu lazeriu. Kompozitas netinka šiam sprendimui, kuris paprastai yra gilaus įsiskverbimo suvirinimas, o centrinė sija turi rakto skylės efektą.

Supratę pagrindinį galios tankį, šilumos laidumo suvirinimą, gilaus įsiskverbimo suvirinimo koncepcijas, tada skirtingų šerdies skersmenų galios tankį ir metalografinę palyginimo analizę. Šis suvirinimo eksperimentas atliktas naudojant rinkoje įprastą lazerio šerdies skersmenį.

Galios tankio požiūriu, esant tokiai pačiai galiai, kuo smulkesnis šerdies skersmuo, kuo didesnis lazerio ryškumas, tuo labiau koncentruota energija. Jei lazeris lyginamas su aštriu peiliu, kuo mažesnis lazerio šerdies skersmuo, tuo aštresnis. 14 um šerdies skersmens galios tankis yra daugiau nei 50 kartų didesnis nei 100 um šerdies skersmens lazerio, o apdorojimo pajėgumas yra didesnis. Tuo pačiu metu čia apskaičiuotas galios tankis yra tiesiog vidutinis tankis. Faktinis energijos pasiskirstymas yra maždaug Gauso, o centrinė energija kelis kartus viršys vidutinį galios tankį.

Skirtingo šerdies skersmens lazerio palyginimas:

(1) Eksperimento greitis yra 150 mm/s, fokusavimo padėtis suvirinta, medžiaga yra 1 serijos aliuminis, 2 mm storio.

(2) Kuo didesnis šerdies skersmuo, tuo didesnis lydymosi plotis, tuo didesnė šilumos paveikta zona ir mažesnis vieneto galios tankis. Kai šerdies skersmuo viršija 200 um, nėra lengva giliai įsiskverbti į aukštus atvirkštinius lydinius, tokius kaip aliuminis ir varis, o norint pasiekti gilų įsiskverbimo suvirinimą, reikalinga didesnė galia.

(3) Mažas šerdies lazeris turi didelį galios tankį, gali greitai išmušti raktų skylutes ant medžiagos paviršiaus, esant didelei energijai, o karščio paveikta zona yra maža, tačiau tuo pačiu metu suvirinimo paviršius yra grubus, o tikimybė rakto skylutės griuvimas yra didelis suvirinant mažu greičiu. Suvirinimo ciklo rakto skylutės uždarymo ciklas yra ilgas ir lengvai atsiranda defektų, poringumo ir kitų defektų, todėl tinka greitam apdirbimui arba apdorojimui su svyravimo trajektorija.

(4) Didelis šerdies lazeris dėl didelės dėmės, o energija yra labiau išsklaidyta, o tai labiau tinka lazerio paviršiaus perlydymui, apvalkalui, atkaitinimui ir kitiems procesams.

Mažo branduolio lazerio privalumai ir pritaikymas (< 100um)

(1) Aukštos atvirkštinės medžiagos: aliuminis, varis, nerūdijantis plienas, nikelis, molibdenas ir kt.
Didelės atvirkštinės medžiagos turi pasirinkti mažo šerdies skersmens lazerį. Didelio galingumo tankio lazerio spindulys naudojamas greitai pašildyti medžiagą iki suskystintos arba išgarintos būsenos, pagerinti medžiagos lazerio absorbcijos greitį ir efektyvų bei greitą apdorojimą. Rinkitės didelio šerdies skersmens lazerį, kuris gali lengvai sukelti stiprią reakciją, dėl ko gali virtualiai suvirinti ir net sudeginti lazeris.

(2) Įtrūkimams jautrios medžiagos: nikelis, nikeliuotas varis, aliuminis, nerūdijantis plienas, titano lydinys ir kt.

Ši medžiaga paprastai reikalauja griežtos karščio paveiktos zonos kontrolės, mažo išlydyto baseino poreikio, o mažo šerdies skersmens lazerio pasirinkimas yra tinkamesnis.

(3) Didelės spartos lazerinis apdorojimas:

Giliai įsiskverbiam suvirinimui reikalingas greitas apdorojimas lazeriu. Būtina pasirinkti didelio energijos tankio lazerį, kad būtų užtikrinta, jog linijos energijos pakaktų medžiagai išlydyti dideliu greičiu, ypač suvirinimui su persidengimu, skvarbais suvirinimui ir kitiems mažos šerdies lazeriams, kuriems keliami didesni skverbties reikalavimai.

Advantages and Applications of Large Core Laser (>100 um)

Didelis šerdies skersmuo, didelis šviesos taškas, didelis šilumos aprėpties plotas, platus naudojimo paviršius ir tik tam, kad medžiagos paviršius ištirptų. Jis labai tinkamas naudoti lazeriu dengiant, perlydant lazeriu, atkaitinant lazeriu, grūdinant lazeriu ir pan. Šiose vietose didelės dėmės reiškia didesnį gamybos efektyvumą ir mažesnius defektus (šilumai laidus suvirinimas beveik neturi defektų).

Suvirinant didysis taškas daugiausia naudojamas kompozitiniam suvirinimui, kuris naudojamas kompozitiniam lazeriui su mažo šerdies skersmeniu. Dėl didelių šviesos dėmių medžiagos paviršius šiek tiek ištirpsta, nuo kieto iki skysto, todėl medžiagos absorbcijos greitis lazeryje labai pagerėja. Tada naudokite mažą šerdies skersmenį, kad pradurtumėte rakto skylutę ir pramuštumėte įsiskverbimo gylį. Šiame procese dėl didelių šviesių dėmių išankstinio pašildymo ir tolesnio apdorojimo bei didelio išlydyto baseino temperatūros gradiento medžiagoje nelengva atsirasti įtrūkimų, atsiradusių dėl greito įkaitimo ir greito aušinimo, o suvirinimo siūlės išvaizda yra sklandesnė. . Aptaškymas yra mažesnis nei vieno lazerio tirpalo.

„Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd.“ yra aukštųjų technologijų įmonė, kuri specializuojasi MTTP, automatinių lazerinių dengimo mašinų, greitaeigių lazerinių dengimo mašinų, lazerinio gesinimo mašinų, lazerinio suvirinimo aparatų ir lazerinio 3D spausdinimo įrangos tyrime ir plėtroje. Mūsų produktai yra ekonomiški ir parduodami šalyje ir užsienyje. Jei jus domina mūsų produktai, susisiekite su mumis adresu bob@gshenglaser.com.