Лазерно заваряванеможе да се постигне с помощта на непрекъснати или импулсни лазерни лъчи. Принципите налазерно заваряванеможе да се раздели на заваряване с топлопроводимост и лазерно заваряване с дълбоко проникване. Когато плътността на мощността е по-малка от 104~105 W/cm2, това е заваряване с топлопроводимост. По това време дълбочината на проникване е плитка и скоростта на заваряване е бавна; когато плътността на мощността е по-голяма от 105~107 W/cm2, металната повърхност е вдлъбната в "дупки" поради топлина, образувайки заваряване с дълбоко проникване, което има Характеристиките на бърза скорост на заваряване и голямо съотношение на страните. Принципът на топлопроводимостлазерно заваряванее: лазерното лъчение загрява повърхността, която ще се обработва, а повърхностната топлина се разпространява във вътрешността чрез топлопроводимост. Чрез контролиране на лазерни параметри като ширина на лазерния импулс, енергия, пикова мощност и честота на повторение, детайлът се разтопява, за да се образува специфична вана от стопилка.
Лазерното заваряване с дълбоко проникване обикновено използва непрекъснат лазерен лъч за завършване на свързването на материалите. Неговият металургичен физически процес е много подобен на този при заваряване с електронен лъч, т.е. механизмът за преобразуване на енергия е завършен чрез структура „ключова дупка“.
При лазерно облъчване с достатъчно висока плътност на мощността материалът се изпарява и се образуват малки дупки. Тази малка дупка, пълна с пара, е като черно тяло, което поглъща почти цялата енергия на падащия лъч. Равновесната температура в дупката достига около 2500°C. Топлината се прехвърля от външната стена на високотемпературния отвор, което води до стопяване на метала около отвора. Малкият отвор се запълва с пара с висока температура, генерирана от непрекъснатото изпарение на материала на стената под облъчването на лъча. Стените на малкия отвор са заобиколени от разтопен метал, а течният метал е заобиколен от твърди материали (при повечето конвенционални процеси на заваряване и лазерно проводящо заваряване, енергията първо се отлага върху повърхността на детайла и след това се транспортира до вътрешността чрез прехвърляне ). Течният поток извън стената на отвора и повърхностното напрежение на слоя на стената са във фаза с непрекъснато генерираното налягане на парата в кухината на отвора и поддържат динамичен баланс. Светлинният лъч непрекъснато навлиза в малкия отвор и материалът извън малкия отвор непрекъснато тече. Докато светлинният лъч се движи, малката дупка винаги е в стабилно състояние на поток.
Тоест малкият отвор и разтопеният метал, заобикалящ стената на отвора, се движат напред с предната скорост на направляващия лъч. Разтопеният метал запълва празнината, останала след отстраняването на малката дупка и съответно кондензира, и се образува заварката. Всичко това се случва толкова бързо, че скоростта на заваряване лесно може да достигне няколко метра в минута.
След разбиране на основните понятия за плътност на мощността, заваряване с топлопроводимост и заваряване с дълбоко проникване, ние ще проведем сравнителен анализ на плътността на мощността и металографските фази на различни диаметри на сърцевината.
Сравнение на експерименти за заваряване въз основа на общи диаметри на сърцевината на лазера на пазара:
Плътност на мощността на позицията на фокусното петно на лазери с различни диаметри на сърцевината
От гледна точка на плътността на мощността, при същата мощност, колкото по-малък е диаметърът на сърцевината, толкова по-висока е яркостта на лазера и толкова по-концентрирана е енергията. Ако лазерът се сравни с остър нож, колкото по-малък е диаметърът на сърцевината, толкова по-остър е лазерът. Плътността на мощността на лазера с диаметър на сърцевината 14um е повече от 50 пъти по-голяма от тази на лазера с диаметър на сърцевината 100um и способността за обработка е по-силна. В същото време изчислената тук плътност на мощността е просто средна плътност. Действителното разпределение на енергията е приблизително разпределение на Гаус и централната енергия ще бъде няколко пъти по-голяма от средната плътност на мощността.
Схематична диаграма на разпределение на лазерна енергия с различни диаметри на сърцевината
Цветът на диаграмата на разпределението на енергията е разпределението на енергията. Колкото по-червен е цветът, толкова по-висока е енергията. Червената енергия е мястото, където се концентрира енергията. Чрез разпределението на лазерната енергия на лазерни лъчи с различни диаметри на сърцевината може да се види, че фронтът на лазерния лъч не е остър и лазерният лъч е остър. Колкото по-малка е, толкова по-концентрирана е енергията в една точка, толкова по-остра е тя и толкова по-силна е нейната проникваща способност.
Сравнение на заваръчните ефекти на лазери с различни диаметри на сърцевината
Сравнение на лазери с различни диаметри на сърцевината:
(1) Експериментът използва скорост от 150 mm/s, заваряване в позиция на фокуса, а материалът е алуминий от серия 1 с дебелина 2 mm;
(2) Колкото по-голям е диаметърът на сърцевината, толкова по-голяма е ширината на топене, толкова по-голяма е засегнатата от топлина зона и толкова по-малка е плътността на мощността на единицата. Когато диаметърът на сърцевината надвишава 200 um, не е лесно да се постигне дълбочина на проникване при високореакционни сплави като алуминий и мед, а по-високо заваряване с дълбоко проникване може да се постигне само с висока мощност;
(3) Лазерите с малка сърцевина имат висока плътност на мощността и могат бързо да пробиват отвори на повърхността на материали с висока енергия и малки зони, засегнати от топлина. Въпреки това, в същото време повърхността на заваръчния шев е грапава и вероятността от срутване на ключалката е висока по време на заваряване с ниска скорост и ключалката е затворена по време на цикъла на заваряване. Цикълът е дълъг и са склонни да се появят дефекти като дефекти и пори. Подходящ е за високоскоростна обработка или обработка с въртяща се траектория;
(4) Лазерите с голям диаметър на сърцевината имат по-големи светлинни петна и повече разпръсната енергия, което ги прави по-подходящи за лазерно повърхностно претопяване, облицовка, отгряване и други процеси.
Време на публикуване: 6 октомври 2023 г
