Sammenligning av sveiseeffekter av lasere med forskjellige kjernediametre
Laserbehandling av metallmaterialer er hovedsakelig termisk behandling basert på den fototermiske effekten. Når laseren bestråler overflaten av materialet, vil overflatearealet til materialet gjennomgå forskjellige endringer under forskjellige effekttettheter. Disse endringene inkluderer økt overflatetemperatur, smelting, fordampning, nøkkelhulldannelse og fotoplasmagenerering. Dessuten påvirker endringen av den fysiske tilstanden til materialets overflateregion i stor grad materialets absorpsjon av laserlys. Generelt sett, jo høyere temperatur, desto høyere er materialets absorpsjonshastighet av laserlys. Med økningen av effekttetthet og handlingstid vil metallmaterialet gjennomgå følgende fysiske tilstandsendringer, som vist i figur 1 [1].
Det er to kjerner av lasersveising: varmeoverføring og varmeledning. Varmeoverføring er relatert til varmekilde, effekttetthet og linjeenergi; Luftstrøm for å finjustere. I sveiseprosessen justeres hovedsakelig varmekilden, effekttettheten og linjeenergien. Prosessparametrene som er involvert inkluderer: valg av laserkjernediameter, kraft, hastighet og ufokuseringsmengde. Tatt i betraktning at denne artikkelen hovedsakelig fokuserer på lasere med forskjellige kjernediametre og hovedsakelig involverer forskjellige effekttettheter, viser figur 2 den enkle beregningsformelen for effekttetthet:
Det er to hovedtyper lasersveising i henhold til absorpsjonshastigheten til sveiseprosessen, den ene er varmeledningssveising (dybde-breddeforhold<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).
Laser varmeledning sveising:
Ulik laserbestråling vil forårsake forskjellige endringer i materialets tilstand, noe som gjenspeiles i sveiseprosessen som to typiske sveisemoduser: laser varmeledningssveising og laser dyp penetrasjonssveising. Varmeoverføringsprosessen, sveisedannelsesmekanismen, prosessegenskaper og bruksområde for de to er svært forskjellige.
Laser varmeledning sveisemodus:
Under varmeledningssveising er laserbestrålingen som bestråles på overflaten av arbeidsstykket i området 10E4~10E6W/cm, og laserenergien absorberes av det tynne laget på 10~100m på overflaten. Laserenergien på overflaten overføres til det indre av materialet ved varmeledning, og laseren kan ikke berøres direkte. Etter en viss periode med laserbestråling når overflaten smelting, og denne smelteisotermen forplanter seg dypt inn i materialet, og overflatetemperaturen fortsetter å stige. Men den høyeste kan bare nå materialets kokepunkt, uansett hvor høy temperaturen er, materialet vil fordampe og danne groper, den stabile varmeledningssveiseprosessen vil bli ødelagt, det smeltede bassenget vil oscillere, og materialet vil bli brent. Vanligvis brukes varmeledningssveising mest i tynne plater. I dette tilfellet må du sette en stopper for det. Med den relative bevegelsen av laserstrålen og arbeidsstykket, dannes en grunn og bred sveisesøm, som vist i figur 3. Dybde-til-bredde-forholdet til sveisesømmen er lite, og bredden på sveisesømmen er generelt sett mer enn det dobbelte av penetrasjonsdybden. Figuren nedenfor viser tverrsnittsutseendet til en typisk laservarmeledningssveisesøm, og formen på sveisesømmen er omtrent halvkuleformet.
Sammenligning av lasere med forskjellige kjernediameter:
(1) Hastigheten på eksperimentet er 150 mm/s, fokusposisjonen er sveiset, materialet er 1 serie aluminium, og tykkelsen er 2 mm;
(2) Jo større kjernediameter, jo større smeltebredde, jo større varmepåvirket sone, og jo mindre enhetseffekttetthet. Når kjernediameteren overstiger 200um, er det ikke lett å oppnå penetreringsdybde på høyreaksjonslegeringer som aluminium og kobber, og krever høyere Effekt kan oppnå dyp penetrasjonssveising;
(3) Laseren med liten kjernediameter har høy effekttetthet, kan raskt slå nøkkelhull på overflaten av materialet med høy energi, og har en liten varmepåvirket sone, men samtidig er overflaten av sveisen grov, sannsynligheten for sammenbrudd av nøkkelhull er høy under lavhastighetssveising, og nøkkelhullet er lukket under sveisesyklusen Lang syklus, lett å produsere defekter, porer og andre defekter, egnet for høyhastighetsbehandling eller prosessering med svingspor;
(4) Lasere med stor diameter er mer egnet for laseroverflateomsmelting, kledning, gløding og andre prosesser på grunn av deres store flekk og mer spredt energi.
Høyreflekterende materialer: aluminium, kobber, rustfritt stål, nikkel, molybden, etc.;
(1) Høyreflekterende materialer må velge en laser med liten diameter. Ved å bruke en laserstråle med høy effekttetthet for å raskt varme opp materialet til en flytende eller fordampet tilstand, forbedre materialets laserabsorpsjonshastighet og oppnå effektiv og rask behandling. Det er enkelt å velge en laser med stor kjernediameter. Føre til høy refleksjon, føre til virtuell sveising, og til og med brenne ut laseren;
Sprekkfølsomme materialer: nikkel, nikkelbelagt kobber, aluminium, rustfritt stål, titanlegering, etc.
(2) Denne typen materiale krever generelt streng kontroll av den varmepåvirkede sonen og krever et lite smeltet basseng. Det er mer hensiktsmessig å velge en laser med liten diameter;
Høyhastighets laserbehandling:
(3) Dyp penetrasjonssveising krever høyhastighets laserbehandling, og det er nødvendig å velge en laser med høy energitetthet for å sikre at linjeenergien er tilstrekkelig til å smelte materialet ved høy hastighet, spesielt for rundsveising, penetrasjonssveising og andre små kjerner som krever høy penetrasjonsdybde. Radielle lasere er mer egnet.
Advantages and applications of large core lasers (>100um):
Stor kjernediameter og stor flekk, stort varmedekningsområde, bred aksjonsoverflate, og oppnår kun mikrosmelting på overflaten av materialet, meget egnet for applikasjoner innen laserkledning, laseromsmelting, lasergløding, laserherding, etc. I disse områder, betyr en stor flekk høyere produktivitet og lavere defekter (varmeledningslodding er nesten defektfri).
Når det gjelder sveising, brukes den store flekken hovedsakelig til komposittsveising, som brukes til å blande med laser med liten kjernediameter: den store flekken får overflaten til materialet til å smelte litt, og transformeres fra fast til væske, noe som forbedrer absorpsjonshastigheten betydelig. av materialet til laseren, og bruker deretter en liten kjerne. I denne prosessen, på grunn av forvarmingen av den store flekken, etterbehandling og den store temperaturgradienten gitt til smeltebassenget, er materialet ikke utsatt for sprekkfeil forårsaket ved rask oppvarming og rask avkjøling. Det kan gjøre utseendet til sveisen jevnere, og samtidig oppnå lavere sprut enn enkeltlaserløsningen.
