Erineva südamiku läbimõõduga laserite keevitusefektide võrdlus
Metallmaterjalide lasertöötlus on peamiselt fototermilisel efektil põhinev termiline töötlemine. Kui laser kiiritab materjali pinda, muutub materjali pindala erinevatel võimsustihedustel. Need muutused hõlmavad pinnatemperatuuri tõusu, sulamist, aurustumist, võtmeaukude teket ja fotoplasma teket. Veelgi enam, materjali pinnapiirkonna füüsikalise oleku muutus mõjutab oluliselt materjali laservalguse neeldumist. Üldiselt võib öelda, et mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on materjali laservalguse neeldumiskiirus. Võimsuse tiheduse ja toimeaja suurenemisega läbivad metallmaterjali järgmised füüsikalise oleku muutused, nagu on näidatud joonisel 1 [1].
Laserkeevitusel on kaks tuuma: soojusülekanne ja soojusjuhtivus. Soojusülekanne on seotud soojusallika, võimsustiheduse ja liinienergiaga; Õhuvool peenhäälestamiseks. Keevitusprotsessis reguleeritakse peamiselt soojusallikat, võimsustihedust ja liini energiat. Protsessi parameetrid hõlmavad järgmist: lasersüdamiku läbimõõdu, võimsuse, kiiruse ja defookuse määra valimine. Arvestades, et see artikkel keskendub peamiselt erineva südamiku läbimõõduga laseritele ja hõlmab peamiselt erinevat võimsustihedust, on joonisel 2 näidatud lihtne võimsustiheduse arvutamise valem:
Vastavalt keevitusprotsessi neeldumiskiirusele on kaks peamist laserkeevituse tüüpi, üks on soojusjuhtivusega keevitamine (sügavuse ja laiuse suhe).<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).
Lasersoojusjuhtiv keevitamine:
Erinevad laserikiirgused põhjustavad erinevaid muutusi materjali olekus, mis kajastub keevitusprotsessis kahe tüüpilise keevitusrežiimina: lasersoojusjuhtivuskeevitus ja lasersügavkeevitus. Soojusülekande protsess, keevisõmbluse moodustumise mehhanism, protsessi omadused ja nende kahe kasutusala on väga erinevad.
Lasersoojusjuhtivusega keevitusrežiim:
Soojusjuhtivusega keevitamise ajal on tooriku pinnale kiiritatud laseri kiirgustihedus vahemikus 10E4–10E6W/cm ja laserenergia neeldub pinnal oleva õhukese kihiga 10–100 m. Pinnal olev laserenergia kandub soojusjuhtivuse teel materjali sisemusse ja laserit ei saa otseselt puudutada. Teatud laserkiirguse perioodi järel jõuab pind sulamiseni ja see sulamisisoterm levib sügavale materjali ning pinnatemperatuur jätkab tõusmist. Kuid kõrgeim võib jõuda ainult materjali keemistemperatuurini, olenemata sellest, kui kõrge temperatuur on, materjal aurustub ja moodustab süvendeid, stabiilne soojusjuhtivusega keevitusprotsess hävib, sulabassein võngub ja materjal muutub põlenud. Üldiselt kasutatakse soojusjuhtivusega keevitamist enamasti õhukeste plaatide puhul. Sel juhul tuleb sellele lõpp teha. Laserkiire ja tooriku suhtelise liikumisega moodustub madal ja lai keevisõmblus, nagu on näidatud joonisel 3. Keevisõmbluse sügavuse ja laiuse suhe on väike ning keevisõmbluse laius on üldiselt rohkem kui kaks korda suurem läbitungimissügavus. Alloleval joonisel on kujutatud tüüpilise lasersoojusjuhtivusega keevitusõmbluse ristlõike välimus ja keevisõmbluse kuju on ligikaudu poolkerakujuline.
Erineva südamiku läbimõõduga laserite võrdlus:
(1) Katse kiirus on 150 mm/s, fookusasend on keevitatud, materjal on 1-seeria alumiinium ja paksus 2 mm;
(2) Mida suurem on südamiku läbimõõt, seda suurem on sulamislaius, seda suurem on kuumusest mõjutatud tsoon ja seda väiksem on ühiku võimsustihedus. Kui südamiku läbimõõt ületab 200 um, ei ole kerge saavutada läbitungimissügavust kõrge reaktsiooniga sulamitel, nagu alumiinium ja vask, ning see nõuab suuremat võimsust.
(3) Väikese südamiku läbimõõduga laseril on suur võimsustihedus, see suudab materjali pinnale kiiresti lukustada suure energiaga võtmeauke ja sellel on väike kuumusest mõjutatud tsoon, kuid samal ajal on keevisõmbluse pind kare, Võtmeaugu kokkuvarisemise tõenäosus on madala kiirusega keevitamise ajal suur ja lukuauk on keevitustsükli ajal suletud. Pikk tsükkel, lihtne tekitada defekte, poore ja muid defekte, sobib kiireks töötlemiseks või töötlemiseks pöörderaja abil;
(4) Suure läbimõõduga laserid sobivad laserpindade ümbersulatamiseks, katmiseks, lõõmutamiseks ja muudeks protsessideks oma suure laigu ja hajutatuma energia tõttu.
Tugevalt peegeldavad materjalid: alumiinium, vask, roostevaba teras, nikkel, molübdeen jne;
(1) Tugevalt peegelduvad materjalid peavad valima väikese läbimõõduga laseri. Suure võimsustihedusega laserkiire kasutamine materjali kiireks kuumutamiseks veeldatud või aurustunud olekusse, materjali laseri neeldumiskiiruse parandamiseks ning tõhusa ja kiire töötlemise saavutamiseks. Suure südamiku läbimõõduga laserit on lihtne valida. Viib suure peegelduseni, viib virtuaalse keevitamiseni ja isegi põletab laseri läbi;
Pragude suhtes tundlikud materjalid: nikkel, nikeldatud vask, alumiinium, roostevaba teras, titaanisulam jne.
(2) Seda tüüpi materjal nõuab üldiselt kuumusest mõjutatud tsooni ranget kontrolli ja väikest sulabasseini. Õigem on valida väikese läbimõõduga laser;
Kiire lasertöötlus:
(3) Sügava läbitungimisega keevitamiseks on vaja kiiret lasertöötlust ja on vaja valida suure energiatihedusega laser, et tagada, et liinienergia on piisav materjali suurel kiirusel sulatamiseks, eriti põikkeevituse, läbitungiva keevitamise ja muud väikesed südamikud, mis nõuavad suurt läbitungimissügavust. Sobivamad on radiaallaserid.
Advantages and applications of large core lasers (>100 um):
Suur südamiku läbimõõt ja suur koht, suur kuumusega katvusala, lai toimepind ja saavutab ainult materjali pinnale mikrosulamise, sobib väga hästi laserkatteks, laseri ümbersulatamiseks, laserlõõmutamiseks, laserkarastamiseks jne. aladel tähendab suur koht suuremat tootlikkust ja väiksemaid defekte (soojusjuhtivjootmine on peaaegu defektideta).
Keevitamisel kasutatakse suurt kohta peamiselt komposiitkeevitamiseks, mida kasutatakse väikese südamiku läbimõõduga laseriga ühendamiseks: suur koht paneb materjali pinna kergelt sulama, muutudes tahkest vedelaks, mis parandab oluliselt neeldumiskiirust. materjalist laserile ja kasutab seejärel väikest südamikku. Selles protsessis ei ole suure koha eelkuumutamise, järeltöötluse ja sulabasseinile antud suure temperatuurigradiendi tõttu materjal altid tekitatud pragude tekkeks. kiire kuumutamise ja jahutamise teel. See võib muuta keevisõmbluse välimuse sujuvamaks ja samal ajal saavutada väiksema pritsme kui ühe laserlahendusega.
