1. Принцип ласерског заваривања: интеракција између материјала
Ласерска обрада металних материјала се углавном заснива на термичкој обради фототермалног ефекта. Када ласер озрачи површину материјала, на површини материјала ће се појавити различите промене под различитим густинама снаге. Ове промене укључују повећање површинске температуре, топљење, испаравање, формирање кључаонице и фото-индуковано стварање плазме. Штавише, промене у физичком стању површине материјала у великој мери утичу на апсорпцију ласера од стране материјала. Генерално, што је температура виша, то је већа стопа апсорпције материјала у ласер. Са повећањем густине снаге и времена деловања, метални материјали ће претрпети следеће промене у физичким стањима.
Језгро ласерског заваривања је два: пренос топлоте и проводљивост топлоте. Пренос топлоте је повезан са извором топлоте, густином снаге и енергијом линије. Провођење топлоте је углавном повезано са дисипацијом топлоте и брзином преноса топлоте материјала, што припада својствима материјала, и генерално се може фино подесити помоћу уређаја за хлађење водом и протока заштитног гаса. У процесу заваривања, извор топлоте, густина снаге и енергија линије се углавном прилагођавају. Укључени параметри процеса су: пречник ласерског језгра, снага, брзина, дефокус и тако даље.
Постоје две главне врсте ласерског заваривања према брзини апсорпције процеса заваривања. Једно је топлотно проводљиво заваривање (однос дубине и ширине < 1, стопа ласерске апсорпције црвене светлости унутар 20%, различите таласне дужине имају разлике). Друго је заваривање дубоког продирања (однос дубине и ширине > 1, стопа апсорпције је већа од стопе апсорпције базена растопљеног материјала, више од 60%, углавном апсорпција вишеструке рефлексије ласера у кључаоници).
Ласерско топлотно проводљиво заваривање:
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 дубоког продирања. Процес преноса топлоте, механизам формирања вара, технолошке карактеристике и опсег примене су веома различити.
Режим заваривања ласерске топлотне проводљивости:
Током топлотно проводног заваривања, ласерско зрачење на површини радног предмета је у опсегу од 10Е4~10Е6В/цм. Ласерска енергија се апсорбује од стране танког слоја површинског слоја од 10 ~ 100м, а ласерска енергија површинског слоја се преноси у унутрашњост материјала топлотном проводљивошћу, 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. Међутим, највиши може да достигне само тачку кључања материјала, а што је виша температура, материјал ће испарити и формирати јаму. Стабилан процес заваривања топлотне проводљивости ће бити оштећен, заварени базен ће осцилирати, а материјал ће бити спаљен. Генерално, топлотно проводљиво заваривање се углавном користи у танким лимовима и ову ситуацију треба елиминисати. Са релативним померањем ласерског зрака и радног комада, формира се плитак и широк завар, као што је приказано на слици испод. Однос дубине и ширине завара је мали, а ширина завара је генерално више од 2 пута већа од дубине продирања. На следећој слици је приказан профил типичног ласерског заваривања топлотне проводљивости, а облик вара је приближно хемисферичан.
ласерско заваривање дубоког продирања:
Када је зрачење веће од 10Е7В/цм, површина материјала се топи и испарава под дејством ласера, а генерисани повратни притисак паре утиче на растопљени базен надоле и формира кључаоницу. Светлосни сноп делује директно на дно кључаонице, даље топи и испарава метал. Гас под високим притиском се континуирано ствара из унутрашњости кључаонице и непрекидно избија напоље, продубљујући тако рупу. Зрак такође иде све дубље и дубље, а ласерски извор топлоте такође делује унутар материјала, преносећи топлоту из унутрашњости кључаонице на материјал да би се формирала дубља зона утицаја топлоте. Истовремено, кључаоница је испуњена плазмом делимично јонизованом високотемпературном паром, а изнад излаза из кључаонице се формира одређени опсег облака плазме.
Ефекат кључаонице игра важну улогу у апсорпцији ласера у процесу ласерског заваривања. Ласерски зрак који улази у кључаоницу се скоро потпуно апсорбује кроз вишеструке рефлексије зида рупе. Као што је приказано на слици, ако је кључаоница конусна површина (са углом од ∅), светлосни сноп који пада дуж осе купа рефлектује се право кроз конус према дну кључаонице и рефлектује, рефлектујући укупно од 180 степени /∅. Апсорпција челика је око 13% по рефлексији. Када је П=10 степен подешен, укупна апсорпција достиже 92% у 18 рефлексија, што је знатно побољшано у поређењу са топлотном проводљивошћу од 13%. Разлика између топлотне проводљивости и дубоког топљења је генерално према металуршкој дубини топљења: ширина топљења је већа од 1, што се може сматрати дубоким топљењем, јер изглед кључаоница побољшава брзину апсорпције. Ова једноставна метода је погодна за једноструко ласерско заваривање. Композит није погодан за ову процену, што је генерално заваривање дубоког продора, а средишња греда има ефекат кључаонице.
2. Металографско поређење ласера за заваривање различитих пречника језгра
Након разумевања основне густине снаге, заваривања топлотне проводљивости, концепата заваривања са дубоким продирањем, затим густине снаге различитих пречника језгра и металографске анализе поређења. Овај експеримент заваривања се спроводи за уобичајени пречник ласерског језгра на тржишту.
Са становишта густине снаге, под истом снагом, што је финији пречник језгра, што је већа светлост ласера, то је енергија концентрисана. Ако се ласер упореди са оштрим ножем, што је мањи пречник језгра ласера, то је оштрији. Густина снаге пречника језгра од 14ум је више од 50 пута већа од ласера са пречником језгра од 100ум, а капацитет обраде је јачи. Истовремено, овде израчуната густина снаге је једноставно просечна густина. Стварна расподела енергије је приближно Гаусова, а централна енергија ће бити неколико пута већа од просечне густине снаге.
Поређење ласера са различитим пречником језгра:
(1) Брзина експеримента је 150мм/с, позиција фокуса је заварена, материјал је алуминијум серије 1, дебљине 2мм.
(2) Што је већи пречник језгра, већа је ширина топљења, већа је зона топлотног утицаја и мања је густина снаге јединице. Када пречник језгра прелази 200 ум, није лако играти дубоку пенетрацију на легурама са високим степеном обрнутости као што су алуминијум и бакар, а потребна је већа снага да би се постигло заваривање дубоког продора.
(3) Ласер са малим језгром има велику густину снаге, може брзо да пробије кључаонице на површини материјала при високој енергији, а зона захваћена топлотом је мала, али у исто време, површина завара је груба, а вероватноћа колапс кључаонице је висок при заваривању малом брзином. Циклус затварања кључаонице циклуса заваривања је дуг и лако се стварају дефекти, порозност и други недостаци, што је погодно за машинску обраду великом брзином или обраду са путањом замаха.
(4) Ласер са великим језгром због велике тачке, а енергија је више распршена, што је погодније за ласерско површинско претапање, облагање, жарење и друге процесе.
3. Једноставна анализа апликације
Предности и примена ласера са малим језгром (< 100um)
(1) Високо инверзни материјали: алуминијум, бакар, нерђајући челик, никл, молибден итд.
Високи инверзни материјали морају да изаберу ласер са малим пречником језгра. Ласерски зрак велике густине се користи за брзо загревање материјала до течног или испареног стања, побољшање стопе ласерске апсорпције материјала и остваривање ефикасне и брзе обраде. Изаберите ласер са великим пречником језгра, што може лако довести до високе реакције, што резултира виртуелним заваривањем и чак паљењем ласера.
(2) Материјали осетљиви на пукотине: никл, никловани бакар, алуминијум, нерђајући челик, легура титанијума итд.
Овај материјал генерално захтева строгу контролу зоне погођене топлотом, потребу за малим растопљеним базеном, а избор ласера са малим пречником језгра је прикладнији.
(3) Ласерска обрада велике брзине:
Заваривање дубоког продирања захтева ласерску обраду велике брзине. Неопходно је изабрати ласер са великом густином енергије како би се осигурало да је енергија линије довољна за топљење материјала великом брзином, посебно за заваривање са преклапањем, заваривање пенетрацијом и друге мале ласере са језгром са већим захтевима за пенетрацију.
Advantages and Applications of Large Core Laser (>100ум)
Велики пречник језгра, велика светлосна тачка, велика површина покривања топлоте, широка површина наношења и само да се постигне микро-тапање површине материјала. Веома је погодан за примену у ласерским облогама, ласерском претапању, ласерском жарењу, ласерском очвршћавању и тако даље. У овим областима велике тачке значе већу ефикасност производње и мање дефекте (термичко проводљиво заваривање готово да нема недостатака).
У заваривању, велика тачка се углавном користи за композитно заваривање, које се користи за композитни ласер са малим пречником језгра. Велике светлосне тачке чине да се површина материјала лагано топи, од чврстог до течног, тако да је брзина апсорпције материјала у ласеру знатно побољшана. Затим користите мали пречник језгра да пробушите кључаоницу и дубину продирања. У овом процесу, због претходног загревања и накнадне обраде великих светлих тачака и великог температурног градијента растопљеног базена, на материјалу се не појављују пукотине узроковане брзим загревањем и брзим хлађењем, а изглед вара је глаткији. . Прскање је мање него код једног ласерског раствора.
Кси'ан Гуосхенг Ласер Тецхнологи Цо., Лтд. је високотехнолошко предузеће специјализовано за истраживање и развој, производњу и продају аутоматске ласерске машине за облагање, брзе ласерске машине за облагање, машине за ласерско гашење, машине за ласерско заваривање и опрему за ласерско 3Д штампање. Наши производи су исплативи и продају се у земљи и иностранству. Ако сте заинтересовани за наше производе, контактирајте нас на bob@gshenglaser.com.