Különböző magátmérőjű lézerek hegesztési hatásainak összehasonlítása

Lézeres hegesztésfolyamatos vagy impulzusos lézersugarakkal érhető el. Az elveilézeres hegesztéshővezető hegesztésre és lézeres mélybehatolásos hegesztésre osztható. Ha a teljesítménysűrűség kisebb, mint 104-105 W/cm2, akkor hővezető hegesztésről van szó. Ekkor a behatolási mélység kicsi és a hegesztési sebesség lassú; Ha a teljesítménysűrűség nagyobb, mint 105-107 W/cm2, a fémfelület a hő hatására „lyukakba” homorul, mély behatoló hegesztést hozva létre, amelynek jellemzője a gyors hegesztési sebesség és a nagy oldalarány. A hővezetés elvelézeres hegesztésEz: a lézersugárzás felmelegíti a megmunkálandó felületet, és a felületi hő hővezetésen keresztül a belső térbe diffundál. A lézerparaméterek, például a lézerimpulzus-szélesség, az energia, a csúcsteljesítmény és az ismétlési frekvencia szabályozásával a munkadarab megolvasztódik, hogy egy meghatározott olvadékmedencét képezzen.

A lézeres mély behatolású hegesztés általában folyamatos lézersugarat használ az anyagok csatlakoztatásának befejezésére. Metalurgiai fizikai folyamata nagyon hasonlít az elektronsugaras hegesztéséhez, vagyis az energiaátalakítási mechanizmus egy „kulcslyuk” szerkezeten keresztül történik.

A kellően nagy teljesítménysűrűségű lézeres besugárzás hatására az anyag elpárolog és kis lyukak keletkeznek. Ez a gőzzel teli kis lyuk olyan, mint egy fekete test, elnyeli a beeső sugár szinte minden energiáját. A lyukban az egyensúlyi hőmérséklet eléri a 2500 fokot°C. A hő a magas hőmérsékletű lyuk külső faláról távozik, aminek következtében a lyukat körülvevő fém megolvad. A kis lyukat a sugár besugárzása alatt a falanyag folyamatos párolgása során keletkező magas hőmérsékletű gőz tölti ki. A kis lyuk falait olvadt fém, a folyékony fémet szilárd anyagok veszik körül (a legtöbb hagyományos hegesztési eljárásnál és a lézeres vezetéses hegesztésnél az energia először a munkadarab felületén rakódik le, majd transzferrel a belső térbe kerül. ). A lyukfalon kívüli folyadékáramlás és a falréteg felületi feszültsége fázisban van a lyuküregben folyamatosan keletkező gőznyomással és fenntartja a dinamikus egyensúlyt. A fénysugár folyamatosan belép a kis lyukba, és a kis lyukon kívüli anyag folyamatosan áramlik. Ahogy a fénysugár mozog, a kis lyuk mindig stabil áramlási állapotban van.

Ez azt jelenti, hogy a kis lyuk és a lyuk falát körülvevő olvadt fém a pilótasugár előrehaladási sebességével halad előre. Az olvadt fém kitölti a kis lyuk eltávolítása után maradt rést, és ennek megfelelően lecsapódik, és kialakul a varrat. Mindez olyan gyorsan történik, hogy a hegesztési sebesség könnyen elérheti a percenkénti több métert is.

A teljesítménysűrűség, a hővezető hegesztés és a mélyen behatoló hegesztés alapfogalmainak megismerése után a következőképpen összehasonlító elemzést végzünk a különböző magátmérők teljesítménysűrűségéről és metallográfiai fázisairól.

Hegesztési kísérletek összehasonlítása a piacon szokásos lézermag átmérők alapján:

Különböző magátmérőjű lézerek fókuszpont-pozíciójának teljesítménysűrűsége

A teljesítménysűrűség szempontjából azonos teljesítmény mellett minél kisebb a mag átmérője, annál nagyobb a lézer fényereje és annál koncentráltabb az energia. Ha a lézert éles késsel hasonlítjuk össze, minél kisebb a mag átmérője, annál élesebb a lézer. A 14 um átmérőjű lézer teljesítménysűrűsége több mint 50-szerese a 100 um mag átmérőjű lézerének, és a feldolgozási képesség erősebb. Ugyanakkor az itt számított teljesítménysűrűség csak egy egyszerű átlagos sűrűség. A tényleges energiaeloszlás hozzávetőleges Gauss-eloszlás, és a központi energia többszöröse az átlagos teljesítménysűrűségnek.

A lézer energiaeloszlásának sematikus diagramja különböző magátmérőkkel

Az energiaeloszlási diagram színe az energiaeloszlás. Minél vörösebb a szín, annál nagyobb az energia. A vörös energia az a hely, ahol az energia koncentrálódik. A különböző magátmérőjű lézersugarak lézerenergia-eloszlásán keresztül látható, hogy a lézersugár frontja nem éles, a lézersugár pedig éles. Minél kisebb, minél koncentráltabb az energia egy ponton, annál élesebb, és annál erősebb az áthatoló képessége.

Különböző magátmérőjű lézerek hegesztési hatásainak összehasonlítása

Különböző magátmérőjű lézerek összehasonlítása:

(1) A kísérlet 150 mm/s sebességet használ, fókuszpozíciós hegesztés, és az anyag 1 sorozatú alumínium, 2 mm vastag;

(2) Minél nagyobb a mag átmérője, annál nagyobb az olvadási szélesség, annál nagyobb a hőhatás zóna, és annál kisebb az egységnyi teljesítménysűrűség. Ha a mag átmérője meghaladja a 200 um-t, nem könnyű elérni a behatolási mélységet olyan erősen reagáló ötvözeteken, mint az alumínium és a réz, és nagyobb Mély behatolású hegesztés csak nagy teljesítménnyel érhető el;

(3) A kismagos lézerek nagy teljesítménysűrűséggel rendelkeznek, és gyorsan kulcslyukakat tudnak ütni a nagy energiájú anyagok felületén és kis hőhatású zónákban. Ugyanakkor a hegesztési varrat felülete érdes, és a kulcslyuk összeomlási valószínűsége nagy a kis sebességű hegesztés során, és a kulcslyuk zárva van a hegesztési ciklus alatt. A ciklus hosszú, és olyan hibák, mint például hibák és pórusok hajlamosak előfordulni. Alkalmas nagysebességű vagy lengőpályás feldolgozásra;

(4) A nagy magátmérőjű lézerek nagyobb fényfoltokkal és szétszórtabb energiával rendelkeznek, így alkalmasabbak lézeres felület-újraolvasztásra, burkolásra, lágyításra és egyéb eljárásokra.