Ласерско заварувањеможе да се постигне со употреба на континуирани или пулсирачки ласерски зраци. Принципите наласерско заварувањеМоже да се подели на заварување со топлинска спроводливост и заварување со длабока пенетрација со ласер. Кога густината на моќност е помала од 104~105 W/cm2, станува збор за заварување со топлинска спроводливост. Во овој случај, длабочината на пенетрација е мала, а брзината на заварување е мала; кога густината на моќност е поголема од 105~107 W/cm2, металната површина е конкавна во „дупки“ поради топлината, формирајќи заварување со длабока пенетрација, кое има карактеристики на брза брзина на заварување и голем сооднос на ширина и висина. Принципот на топлинска спроводливостласерско заварувањее: ласерското зрачење ја загрева површината што треба да се обработува, а површинската топлина дифундира во внатрешноста преку топлинска спроводливост. Со контролирање на параметрите на ласерот како што се ширината на ласерскиот импулс, енергијата, врвната моќност и фреквенцијата на повторување, работното парче се топи за да формира специфичен стопен базен.
Ласерското заварување со длабока пенетрација генерално користи континуиран ласерски зрак за да го заврши спојувањето на материјалите. Неговиот металуршки физички процес е многу сличен на оној на заварувањето со електронски зрак, односно механизмот за конверзија на енергија се завршува преку структура со „клучна дупка“.
Под ласерско зрачење со доволно висока густина на моќност, материјалот испарува и се формираат мали дупки. Оваа мала дупка исполнета со пареа е како црно тело, апсорбирајќи ја речиси целата енергија на упадниот зрак. Рамнотежната температура во дупката достигнува околу 2500°F.°C. Топлината се пренесува од надворешниот ѕид на дупката со висока температура, предизвикувајќи топење на металот што ја опкружува дупката. Малата дупка е исполнета со пареа со висока температура генерирана со континуирано испарување на материјалот на ѕидот под зрачење на зракот. Ѕидовите на малата дупка се опкружени со стопен метал, а течниот метал е опкружен со цврсти материјали (во повеќето конвенционални процеси на заварување и ласерско спроводливо заварување, енергијата прво се депонира на површината на работното парче, а потоа се транспортира во внатрешноста со пренос). Течниот тек надвор од ѕидот на дупката и површинскиот напон на слојот на ѕидот се во фаза со континуирано генерираниот притисок на пареа во шуплината на дупката и одржуваат динамичка рамнотежа. Светлинскиот зрак континуирано влегува во малата дупка, а материјалот надвор од малата дупка континуирано тече. Како што светлинскиот зрак се движи, малата дупка е секогаш во стабилна состојба на проток.
Тоа значи дека малата дупка и стопениот метал што го опкружува ѕидот на дупката се движат напред со брзината на пилотската греда. Стопениот метал ја пополнува празнината што останува откако ќе се отстрани малата дупка и соодветно се кондензира, при што се формира заварот. Сето ова се случува толку брзо што брзината на заварување лесно може да достигне неколку метри во минута.
Откако ќе ги разбереме основните концепти на густина на моќност, заварување со топлинска спроводливост и заварување со длабока пенетрација, потоа ќе спроведеме компаративна анализа на густината на моќност и металографските фази на различни дијаметри на јадрото.
Споредба на експерименти за заварување врз основа на вообичаени дијаметри на ласерско јадро на пазарот:
Густина на моќност на позицијата на фокусната точка на ласери со различни дијаметри на јадрото
Од перспектива на густината на моќност, под иста моќност, колку е помал дијаметарот на јадрото, толку е поголема осветленоста на ласерот и толку е поконцентрирана енергијата. Ако ласерот се спореди со остар нож, колку е помал дијаметарот на јадрото, толку е поостар ласерот. Густината на моќност на ласерот со дијаметар на јадро од 14 μm е повеќе од 50 пати поголема од онаа на ласерот со дијаметар на јадро од 100 μm, а капацитетот за обработка е посилен. Во исто време, густината на моќност пресметана овде е само едноставна просечна густина. Вистинската распределба на енергијата е приближна Гаусова распределба, а централната енергија ќе биде неколку пати поголема од просечната густина на моќност.
Шематски дијаграм на распределба на енергијата на ласерот со различни дијаметри на јадрото
Бојата на дијаграмот за распределба на енергијата е распределбата на енергијата. Колку е поцрвена бојата, толку е поголема енергијата. Црвената енергија е местото каде што е концентрирана енергијата. Преку распределбата на ласерската енергија на ласерските зраци со различни дијаметри на јадрото, може да се види дека предниот дел на ласерскиот зрак не е остар, а ласерскиот зрак е остар. Колку е помала, толку е поконцентрирана енергијата на една точка, толку е поостра и толку е посилна нејзината пенетрирачка способност.
Споредба на ефектите на заварување на ласери со различни дијаметри на јадрото
Споредба на ласери со различни дијаметри на јадрото:
(1) Експериментот користи брзина од 150 mm/s, заварување со фокусна позиција, а материјалот е алуминиум од серија 1, со дебелина од 2 mm;
(2) Колку е поголем дијаметарот на јадрото, толку е поголема ширината на топење, толку е поголема зоната погодена од топлина и толку е помала густината на моќност на единицата. Кога дијаметарот на јадрото надминува 200 μm, не е лесно да се постигне длабочина на пенетрација на високореактивни легури како што се алуминиум и бакар, а повисоко заварување со длабока пенетрација може да се постигне само со висока моќност;
(3) Ласерите со мало јадро имаат висока густина на моќност и можат брзо да пробијат клучалки на површината на материјали со висока енергија и мали зони погодени од топлина. Меѓутоа, во исто време, површината на заварот е груба, а веројатноста за уривање на клучалката е голема за време на заварување со мала брзина, а клучалката е затворена за време на циклусот на заварување. Циклусот е долг, а дефектите како што се дефектите и порите се склони кон појава. Погоден е за обработка со голема брзина или обработка со траекторија на нишање;
(4) Ласерите со голем дијаметар на јадрото имаат поголеми светлосни точки и повеќе дисперзирана енергија, што ги прави посоодветни за ласерско претопување на површини, обложување, жарење и други процеси.
Време на објавување: 06.10.2023
