Laserové zváraniemožno dosiahnuť pomocou kontinuálnych alebo pulzných laserových lúčov. Zásadylaserové zváraniemožno rozdeliť na zváranie tepelným vedením a laserové zváranie hlbokou penetráciou. Keď je hustota výkonu menšia ako 104~105 W/cm2, ide o zváranie vedením tepla. V tomto čase je hĺbka prieniku malá a rýchlosť zvárania je nízka; keď je hustota výkonu väčšia ako 105 ~ 107 W/cm2, povrch kovu je konkávny do „otvorov“ v dôsledku tepla, čím sa vytvára zváranie s hlbokým prienikom, ktoré má vlastnosti rýchlej rýchlosti zvárania a veľkého pomeru strán. Princíp vedenia teplalaserové zváranieje: laserové žiarenie ohrieva povrch, ktorý sa má spracovať, a povrchové teplo difunduje do vnútra tepelným vedením. Riadením parametrov lasera, ako je šírka laserového impulzu, energia, špičkový výkon a frekvencia opakovania, sa obrobok roztaví a vytvorí sa špecifický roztavený kúpeľ.
Laserové zváranie s hlbokým prienikom vo všeobecnosti používa na dokončenie spojenia materiálov kontinuálny laserový lúč. Jeho metalurgický fyzikálny proces je veľmi podobný procesu zvárania elektrónovým lúčom, to znamená, že mechanizmus premeny energie je dokončený prostredníctvom štruktúry „kľúčovej dierky“.
Pri laserovom ožiarení s dostatočne vysokou hustotou výkonu sa materiál vyparí a vytvoria sa malé otvory. Táto malá diera naplnená parou je ako čierne teleso, ktoré absorbuje takmer všetku energiu dopadajúceho lúča. Rovnovážna teplota v diere dosahuje asi 2500°C. Teplo sa prenáša z vonkajšej steny vysokoteplotného otvoru, čo spôsobuje roztavenie kovu obklopujúceho otvor. Malý otvor je vyplnený vysokoteplotnou parou generovanou kontinuálnym odparovaním materiálu steny pri ožarovaní lúča. Steny malého otvoru sú obklopené roztaveným kovom a tekutý kov je obklopený pevnými materiálmi (pri väčšine konvenčných zváracích procesov a zvárania laserovým vedením sa energia najskôr ukladá na povrch obrobku a potom sa prenáša do interiéru prenosom ). Prúdenie kvapaliny mimo steny otvoru a povrchové napätie vrstvy steny sú vo fáze s kontinuálne vytváraným tlakom pary v dutine otvoru a udržiavajú dynamickú rovnováhu. Svetelný lúč nepretržite vstupuje do malého otvoru a materiál mimo malého otvoru nepretržite prúdi. Keď sa svetelný lúč pohybuje, malý otvor je vždy v stabilnom stave toku.
To znamená, že malý otvor a roztavený kov obklopujúci stenu otvoru sa pohybujú dopredu rýchlosťou pilotného lúča. Roztavený kov vyplní medzeru po odstránení malého otvoru a zodpovedajúcim spôsobom kondenzuje a vytvorí sa zvar. To všetko sa deje tak rýchlo, že rýchlosť zvárania môže ľahko dosiahnuť niekoľko metrov za minútu.
Po pochopení základných pojmov hustoty výkonu, zvárania tepelnou vodivosťou a zvárania s hlbokým prienikom ďalej vykonáme porovnávaciu analýzu hustoty výkonu a metalografických fáz rôznych priemerov jadra.
Porovnanie zváracích experimentov založených na bežných priemeroch laserových jadier na trhu:
Výkonová hustota polohy ohniska laserov s rôznymi priemermi jadra
Z hľadiska hustoty výkonu pri rovnakom výkone platí, že čím menší je priemer jadra, tým vyššia je jasnosť lasera a tým koncentrovanejšia energia. Ak je laser v porovnaní s ostrým nožom, čím menší je priemer jadra, tým ostrejší je laser. Hustota výkonu lasera s priemerom jadra 14 um je viac ako 50-krát vyššia ako v prípade lasera s priemerom jadra 100 um a schopnosť spracovania je silnejšia. Zároveň je tu vypočítaná hustota výkonu len jednoduchá priemerná hustota. Skutočná distribúcia energie je približné Gaussovo rozdelenie a centrálna energia bude niekoľkonásobkom priemernej hustoty výkonu.
Schematický diagram distribúcie energie lasera s rôznymi priemermi jadra
Farba diagramu rozloženia energie je rozloženie energie. Čím červenšia farba, tým vyššia energia. Červená energia je miesto, kde sa koncentruje energia. Prostredníctvom distribúcie laserovej energie laserových lúčov s rôznymi priemermi jadra je možné vidieť, že predná časť laserového lúča nie je ostrá a laserový lúč je ostrý. Čím je menšia, tým je energia koncentrovanejšia na jeden bod, tým je ostrejšia a silnejšia je jej prenikavosť.
Porovnanie zváracích účinkov laserov s rôznymi priemermi jadra
Porovnanie laserov s rôznymi priemermi jadra:
(1) Experiment používa rýchlosť 150 mm/s, zváranie v polohe zaostrenia a materiál je hliník série 1 s hrúbkou 2 mm;
(2) Čím väčší je priemer jadra, tým väčšia je šírka tavenia, tým väčšia je tepelne ovplyvnená zóna a tým menšia je hustota výkonu jednotky. Keď priemer jadra presahuje 200 um, nie je ľahké dosiahnuť hĺbku prieniku na zliatinách s vysokou reakciou, ako je hliník a meď, a zváranie s vyššou hĺbkou prieniku možno dosiahnuť iba s vysokým výkonom;
(3) Lasery s malým jadrom majú vysokú hustotu výkonu a dokážu rýchlo preraziť kľúčové dierky na povrchu materiálov s vysokou energiou a malými zónami ovplyvnenými teplom. Zároveň je však povrch zvaru drsný a pravdepodobnosť zrútenia kľúčovej dierky je vysoká počas zvárania nízkou rýchlosťou a kľúčová dierka je počas zváracieho cyklu uzavretá. Cyklus je dlhý a sú náchylné na výskyt defektov, ako sú defekty a póry. Je vhodný na vysokorýchlostné spracovanie alebo spracovanie s trajektóriou výkyvu;
(4) Lasery s veľkým priemerom jadra majú väčšie svetelné škvrny a viac rozptýlenej energie, vďaka čomu sú vhodnejšie na laserové povrchové pretavovanie, plátovanie, žíhanie a iné procesy.
Čas odoslania: október-06-2023
