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

Paghinang gamit ang lasermaaaring makamit gamit ang tuloy-tuloy o pulsed laser beams. Ang mga prinsipyo nghinang gamit ang laserMaaaring hatiin 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 penetration depth ay mababaw at ang bilis ng welding ay mabagal; kapag ang power density ay mas malaki sa 105~107 W/cm2, ang ibabaw ng metal ay nagiging malukong sa "mga butas" dahil sa init, na bumubuo ng deep penetration welding, na may mga katangian ng mabilis na bilis ng welding at malaking aspect ratio. Ang prinsipyo ng thermal conductionhinang gamit ang laseray: pinapainit ng radyasyon ng laser ang ibabaw na ipoproseso, at ang init ng ibabaw ay kumakalat sa loob sa pamamagitan ng thermal conduction. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga parameter ng laser tulad ng lapad ng pulso ng laser, enerhiya, peak power, at dalas ng pag-uulit, ang workpiece ay natutunaw upang bumuo ng isang partikular na tunaw na pool.

Ang laser deep penetration welding sa pangkalahatan ay gumagamit ng tuloy-tuloy na laser beam upang makumpleto ang koneksyon ng mga materyales. Ang prosesong metalurhiko nito ay halos kapareho ng sa electron beam welding, ibig sabihin, ang mekanismo ng conversion ng enerhiya ay kinukumpleto sa pamamagitan ng isang istrukturang "key-hole".

Sa ilalim ng pag-iilaw ng laser na may sapat na mataas na densidad ng kuryente, ang materyal ay sumingaw at nabubuo ang maliliit na butas. 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 na tumatama. Ang temperatura ng ekwilibriyo sa butas ay umaabot sa humigit-kumulang 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 pinupuno ng singaw na may mataas na temperatura na nalilikha 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 ng mga kumbensyonal na proseso ng hinang at laser conduction welding, ang enerhiya ay unang idineposito sa ibabaw ng workpiece at pagkatapos ay dinadala sa loob sa pamamagitan ng paglilipat). Ang daloy ng likido sa labas ng dingding ng butas at ang tensyon sa ibabaw ng patong ng dingding ay nasa phase na may patuloy na nalilikhang presyon ng singaw sa lukab ng butas at nagpapanatili ng isang dynamic na balanse. Ang sinag ng liwanag ay patuloy na pumapasok sa maliit na butas, at ang materyal sa labas ng maliit na butas ay patuloy na dumadaloy. Habang gumagalaw ang sinag ng liwanag, 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 sumusulong kasabay ng bilis ng pilot beam. Pinupuno ng tinunaw na metal ang natitirang puwang pagkatapos matanggal ang maliit na butas at namumuo nang naaayon, at nabubuo ang hinang. Ang lahat ng ito ay nangyayari nang napakabilis kaya ang bilis ng hinang ay madaling umabot ng ilang metro bawat minuto.

Matapos maunawaan ang mga pangunahing konsepto ng power density, thermal conductivity welding, at deep penetration welding, susunod tayong magsasagawa ng isang paghahambing na pagsusuri ng power density at mga metallographic phase ng iba't ibang diameter ng core.

Paghahambing ng mga eksperimento sa hinang batay sa mga karaniwang diyametro ng laser core na nasa merkado:

Densidad ng lakas ng posisyon ng focal spot ng mga laser na may iba't ibang diameter ng core

Mula sa perspektibo ng densidad ng kuryente, sa ilalim ng parehong kuryente, mas maliit ang diyametro ng core, mas mataas ang liwanag ng laser at mas konsentrado ang enerhiya. Kung ikukumpara ang laser sa isang matalas na kutsilyo, mas maliit ang diyametro ng core, mas matalas ang laser. Ang densidad ng kuryente ng 14um na diyametro ng core laser ay higit sa 50 beses kaysa sa 100um na diyametro ng core laser, at mas malakas ang kakayahan sa pagproseso. Kasabay nito, ang densidad ng kuryente na kinakalkula dito ay isang simpleng average density lamang. Ang aktwal na distribusyon ng enerhiya ay isang tinatayang Gaussian distribution, at ang central energy ay magiging ilang beses sa average power density.

Diagram ng eskematiko ng distribusyon ng enerhiya ng laser na may iba't ibang diameter ng core

Ang kulay ng diagram ng distribusyon ng enerhiya ay ang distribusyon ng enerhiya. Mas mapula ang kulay, mas mataas ang enerhiya. Ang pulang enerhiya ay ang lugar kung saan naka-concentrate ang enerhiya. Sa pamamagitan ng distribusyon ng enerhiya ng laser ng mga laser beam na may iba't ibang diameter ng core, makikita na ang harapan ng laser beam ay hindi matalas at ang laser beam ay matalas. Kung mas maliit, mas naka-concentrate ang enerhiya sa isang punto, mas matalas ito at mas malakas ang kakayahan nitong 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 aluminum, 2mm ang kapal;

(2) Kung mas malaki ang diyametro ng core, mas malaki ang lapad ng pagkatunaw, mas malaki ang sonang apektado ng init, at mas maliit ang densidad ng yunit ng kuryente. Kapag ang diyametro ng core ay lumampas sa 200um, hindi madaling makamit ang lalim ng pagtagos sa mga high-reaction alloy tulad ng aluminyo at tanso, at ang mas mataas na lalim ng pagtagos ng welding ay makakamit lamang sa pamamagitan ng mataas na lakas;

(3) Ang mga small-core laser ay may mataas na power density at mabilis na kayang butasin ang mga keyhole sa ibabaw ng mga materyales na may mataas na enerhiya at maliliit na sonang apektado ng init. Gayunpaman, kasabay nito, ang ibabaw ng hinang ay magaspang, at mataas ang posibilidad ng pagguho ng keyhole sa panahon ng low-speed welding, at ang keyhole ay sarado sa panahon ng welding cycle. Mahaba ang cycle, at ang mga depekto tulad ng mga depekto at butas ay madaling mangyari. Ito ay angkop para sa high-speed processing o processing na may swing trajectory;

(4) Ang mga laser na may malalaking diyametro ng core ay may mas malalaking light spot at mas nakakalat na enerhiya, kaya mas angkop ang mga ito para sa laser surface remelting, cladding, annealing at iba pang proseso.