Paghahambing ng mga epekto ng hinang ng mga laser na may iba't ibang diameter ng core

Laser weldingay maaaring makamit gamit ang tuloy-tuloy o pulsed laser beam. Ang mga prinsipyo nglaser weldingmaaaring nahahati sa heat conduction welding at laser deep penetration welding. Kapag ang power density ay mas mababa sa 104~105 W/cm2, ito ay heat conduction welding. Sa oras na ito, ang lalim ng pagtagos ay mababaw at ang bilis ng hinang ay mabagal; kapag ang densidad ng kapangyarihan ay mas malaki kaysa sa 105~107 W/cm2, ang ibabaw ng metal ay malukong sa "mga butas" dahil sa init, na bumubuo ng malalim na pagtagos na hinang, na mayroon itong mga katangian ng mabilis na bilis ng hinang at malaking aspect ratio. Ang prinsipyo ng thermal conductionlaser weldingay: pinapainit ng laser radiation ang ibabaw na ipoproseso, at ang init sa ibabaw ay kumakalat sa loob sa pamamagitan ng thermal conduction. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga parameter ng laser gaya ng lapad ng pulso ng laser, enerhiya, pinakamataas na lakas, at dalas ng pag-uulit, ang workpiece ay natutunaw upang bumuo ng isang partikular na molten pool.

Ang laser deep penetration welding ay karaniwang gumagamit ng tuluy-tuloy na laser beam upang makumpleto ang koneksyon ng mga materyales. Ang pisikal na proseso ng metalurhiko nito ay halos kapareho sa welding ng electron beam, iyon ay, ang mekanismo ng conversion ng enerhiya ay nakumpleto sa pamamagitan ng isang "key-hole" na istraktura.

Sa ilalim ng laser irradiation na may sapat na mataas na density ng kapangyarihan, ang materyal ay sumingaw at maliliit na butas ay nabuo. Ang maliit na butas na ito na puno ng singaw ay parang isang itim na katawan, na sumisipsip ng halos lahat ng enerhiya ng sinag ng insidente. Ang temperatura ng equilibrium sa butas ay umabot sa halos 2500°C. Ang init ay inililipat mula sa panlabas na dingding ng butas na may mataas na temperatura, na nagiging sanhi ng pagkatunaw ng metal na nakapalibot sa butas. Ang maliit na butas ay napuno ng mataas na temperatura ng singaw na nabuo ng patuloy na pagsingaw ng materyal sa dingding sa ilalim ng pag-iilaw ng sinag. Ang mga dingding ng maliit na butas ay napapalibutan ng tinunaw na metal, at ang likidong metal ay napapalibutan ng mga solidong materyales (sa karamihan sa mga karaniwang proseso ng welding at laser conduction welding, ang enerhiya ay unang Idineposito sa ibabaw ng workpiece at pagkatapos ay dinadala sa interior sa pamamagitan ng paglipat. ). Ang daloy ng likido sa labas ng dingding ng butas at ang pag-igting sa ibabaw ng layer ng dingding ay nasa yugto na may patuloy na nabuong presyon ng singaw sa lukab ng butas at nagpapanatili ng isang dynamic na balanse. Ang liwanag na sinag ay patuloy na pumapasok sa maliit na butas, at ang materyal sa labas ng maliit na butas ay patuloy na dumadaloy. Habang gumagalaw ang ilaw na sinag, ang maliit na butas ay palaging nasa isang matatag na estado ng daloy.

Ibig sabihin, ang maliit na butas at ang tinunaw na metal na nakapalibot sa dingding ng butas ay umuusad sa bilis ng pasulong ng pilot beam. Ang tinunaw na metal ay pumupuno sa puwang na natitira pagkatapos maalis ang maliit na butas at mag-condensed nang naaayon, at ang weld ay nabuo. Ang lahat ng ito ay nangyayari nang napakabilis na ang bilis ng hinang ay madaling umabot ng ilang metro kada minuto.

Matapos maunawaan ang mga pangunahing konsepto ng power density, thermal conductivity welding, at deep penetration welding, susunod kaming magsasagawa ng comparative analysis ng power density at metallographic phase ng iba't ibang core diameters.

Paghahambing ng mga eksperimento sa welding batay sa karaniwang mga diameter ng core ng laser sa merkado:

Power density ng focal spot position ng mga laser na may iba't ibang diameter ng core

Mula sa pananaw ng density ng kapangyarihan, sa ilalim ng parehong kapangyarihan, mas maliit ang diameter ng core, mas mataas ang liwanag ng laser at mas puro ang enerhiya. Kung ang laser ay inihambing sa isang matalim na kutsilyo, mas maliit ang core diameter, mas matalas ang laser. Ang power density ng 14um core diameter laser ay higit sa 50 beses kaysa sa 100um core diameter laser, at ang processing capability ay mas malakas. Kasabay nito, ang power density na kinakalkula dito ay isang simpleng average density lamang. Ang aktwal na pamamahagi ng enerhiya ay isang tinatayang distribusyon ng Gaussian, at ang sentral na enerhiya ay magiging ilang beses sa average na density ng kuryente.

Schematic diagram ng laser energy distribution na may iba't ibang core diameters

Ang kulay ng diagram ng pamamahagi ng enerhiya ay ang pamamahagi ng enerhiya. Kung mas mapula ang kulay, mas mataas ang enerhiya. Ang pulang enerhiya ay ang lugar kung saan ang enerhiya ay puro. Sa pamamagitan ng pamamahagi ng enerhiya ng laser ng mga laser beam na may iba't ibang diameter ng core, makikita na ang harap ng laser beam ay hindi matalim at matalim ang laser beam. Ang mas maliit, mas puro ang enerhiya ay nasa isang punto, mas matalas ito at mas malakas ang kakayahang tumagos.

Paghahambing ng mga epekto ng hinang ng mga laser na may iba't ibang diameter ng core

Paghahambing ng mga laser na may iba't ibang diameter ng core:

(1) Ang eksperimento ay gumagamit ng bilis na 150mm/s, focus position welding, at ang materyal ay 1 series na aluminyo, 2mm ang kapal;

(2) Kung mas malaki ang diameter ng core, mas malaki ang lapad ng pagkatunaw, mas malaki ang zone na apektado ng init, at mas maliit ang density ng yunit ng kuryente. Kapag ang diameter ng core ay lumampas sa 200um, hindi madaling makamit ang lalim ng pagtagos sa mga haluang metal na may mataas na reaksyon tulad ng aluminyo at tanso, at ang isang mas mataas na Deep penetration welding ay makakamit lamang sa mataas na kapangyarihan;

(3) Ang mga small-core laser ay may mataas na densidad ng kapangyarihan at maaaring mabilis na sumuntok ng mga keyhole sa ibabaw ng mga materyales na may mataas na enerhiya at maliliit na lugar na apektado ng init. Gayunpaman, sa parehong oras, ang ibabaw ng weld ay magaspang, at ang posibilidad ng pagbagsak ng keyhole ay mataas sa panahon ng mababang bilis ng hinang, at ang keyhole ay sarado sa panahon ng welding cycle. Mahaba ang cycle, at ang mga depekto tulad ng mga depekto at pores ay madaling mangyari. Ito ay angkop para sa high-speed processing o processing na may swing trajectory;

(4) Ang malalaking core diameter laser ay may mas malalaking light spot at mas nakakalat na enerhiya, na ginagawa itong mas angkop para sa laser surface remelting, cladding, annealing at iba pang proseso.