Поређење ефеката заваривања ласера са различитим пречникима језгра
Ласерска обрада металних материјала је углавном термичка обрада заснована на фототермалном ефекту. Када ласер озрачи површину материјала, површина материјала ће бити подвргнута различитим променама под различитим густинама снаге. Ове промене укључују повећану температуру површине, топљење, испаравање, формирање кључаонице и стварање фотоплазме. Штавише, промена физичког стања површине материјала у великој мери утиче на материјалну апсорпцију ласерске светлости. Уопштено говорећи, што је температура већа, то је већа стопа апсорпције ласерске светлости од материјала. Са повећањем густине снаге и времена деловања, метални материјал ће претрпети следеће промене физичког стања, као што је приказано на слици 1 [1].
Постоје два језгра ласерског заваривања: пренос топлоте и проводљивост топлоте. Пренос топлоте је повезан са извором топлоте, густином снаге и енергијом линије; Проток ваздуха за фино подешавање. У процесу заваривања, извор топлоте, густина снаге и енергија линије се углавном прилагођавају. Укључени параметри процеса укључују: избор пречника ласерског језгра, снагу, брзину и количину дефокусирања. С обзиром да се овај чланак углавном фокусира на ласере са различитим пречникима језгра и углавном укључује различите густине снаге, Слика 2 приказује једноставну формулу за израчунавање густине снаге:
Постоје две главне врсте ласерског заваривања према брзини апсорпције процеса заваривања, једна је заваривање проводљивошћу топлоте (однос дубине и ширине<1, laser absorption rate of red light is within 20%, and different wavelengths are different), and the other is deep penetration welding (Aspect ratio > 1, the absorption rate is greater than the absorption rate of the molten pool of the material, more than 60%, mainly due to the multiple reflection and absorption of the laser in the keyhole).
Ласерско заваривање топлотне проводљивости:
Различито ласерско зрачење ће изазвати различите промене у стању материјала, што се у процесу заваривања одражава као два типична начина заваривања: ласерско заваривање топлотне проводљивости и ласерско заваривање дубоким продором. Процес преноса топлоте, механизам формирања завара, карактеристике процеса и опсег примене су веома различити.
Режим заваривања ласерске топлотне проводљивости:
Током заваривања проводљивом топлотом, ласерско зрачење озрачено на површини радног предмета је у опсегу од 10Е4~10Е6В/цм, а ласерска енергија се апсорбује танким слојем од 10~100м на површини. Ласерска енергија на површини се преноси у унутрашњост материјала путем топлотне проводљивости, а ласер се не може директно додирнути. Након одређеног периода ласерског зрачења, површина долази до топљења, а ова изотерма топљења се шири дубоко у материјал, а температура површине наставља да расте. Али највиши може да достигне само тачку кључања материјала, без обзира на то колико је висока температура, материјал ће испарити и формирати јаме, стабилан процес заваривања проводљивости топлоте ће бити уништен, растопљени базен ће осцилирати, а материјал ће бити уништен. спаљена. Генерално, заваривање топлотне проводљивости се углавном користи у танким плочама. У овом случају је потребно стати на крај. Са релативним кретањем ласерског зрака и радног предмета, формира се плитак и широк заварени шав, као што је приказано на слици 3. Однос дубине и ширине завареног шава је мали, а ширина завареног шава је генерално више од двоструке дубине продирања. Слика испод приказује изглед попречног пресека типичног шава за заваривање ласерске топлотне проводљивости, а облик завареног шава је приближно хемисферичан.
Поређење ласера различитих пречника језгра:
(1) Брзина експеримента је 150 мм / с, позиција фокуса је заварена, материјал је алуминијум серије 1, а дебљина је 2 мм;
(2) Што је већи пречник језгра, већа је ширина фузије, већа је зона утицаја топлоте и мања је густина снаге јединице. Када пречник језгра прелази 200ум, није лако постићи дубину продирања на легурама високе реакције као што су алуминијум и бакар, и захтева већу Снагу може постићи заваривање дубоког продора;
(3) Ласер са малим пречником језгра има велику густину снаге, може брзо да пробије кључаонице на површини материјала са високом енергијом и има малу зону топлотног утицаја, али је у исто време површина завара груба, вероватноћа колапса кључаонице је велика током заваривања при малој брзини, а кључаоница је затворена током циклуса заваривања. Дуг циклус, лако се произведу дефекти, поре и други недостаци, погодни за обраду великом брзином или обраду са закретном стазом;
(4) Ласери великог пречника су погоднији за ласерско површинско претапање, облагање, жарење и друге процесе због њихове велике тачке и више дисперговане енергије.
Материјали високе рефлексије: алуминијум, бакар, нерђајући челик, никл, молибден итд.;
(1) Материјали са високом рефлексијом треба да изаберу ласер малог пречника. Коришћење ласерског зрака велике густине за брзо загревање материјала до течног или испареног стања, побољшање брзине ласерске апсорпције материјала и постизање ефикасне и брзе обраде. Лако је изабрати ласер са великим пречником језгра. Доводе до велике рефлексије, доводе до виртуелног заваривања, па чак и сагоревања ласера;
Материјали осетљиви на пукотине: никл, никловани бакар, алуминијум, нерђајући челик, легура титанијума итд.
(2) Ова врста материјала генерално захтева строгу контролу зоне захваћене топлотом и захтева мали растопљени базен. Прикладније је изабрати ласер малог пречника;
Ласерска обрада велике брзине:
(3) Заваривање са дубоким продирањем захтева ласерску обраду велике брзине и неопходно је одабрати ласер са великом густином енергије како би се осигурало да је енергија линије довољна за топљење материјала великом брзином, посебно за заваривање у преклопу, заваривање пенетрацијом и друга мала језгра која захтевају велику дубину продирања. Радијални ласери су погоднији.
Advantages and applications of large core lasers (>100ум):
Велики пречник језгра и велика тачка, велика површина покривања топлоте, широка површина деловања, и постиже се само микро топљење на површини материјала, веома погодно за примену у ласерским облогама, ласерском претапању, ласерском жарењу, ласерском очвршћавању итд. подручја, велика тачка значи већу продуктивност и мање дефекта (лемљење топлотне проводљивости је скоро без дефеката).
Што се тиче заваривања, велика тачка се углавном користи за композитно заваривање, које се користи за спајање са малим пречником језгра ласера: велика тачка чини да се површина материјала лагано топи, претварајући се из чврстог у течност, што у великој мери побољшава стопу апсорпције материјала до ласера, а затим користи мало језгро. У овом процесу, због претходног загревања велике тачке, накнадне обраде и великог температурног градијента који се даје растопљеном базену, материјал није склон настанку пукотина узрокованих брзим загревањем и брзим хлађењем. Може учинити изглед завара глаткијим, а истовремено постићи мање прскање од једног ласерског решења.
