مقایسه اثرات جوشکاری لیزرها با قطرهای مختلف هسته

جوش لیزریمی توان با استفاده از پرتوهای لیزر پیوسته یا پالسی به دست آورد. اصول ازجوش لیزریرا می توان به جوشکاری رسانش حرارتی و جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر تقسیم کرد. هنگامی که چگالی توان کمتر از 104 ~ 105 وات بر سانتی متر مربع است، جوشکاری هدایت حرارتی است. در این زمان، عمق نفوذ کم است و سرعت جوش آهسته است. هنگامی که چگالی توان بیشتر از 105 ~ 107 وات بر سانتی متر مربع است، سطح فلز به دلیل گرما به "سوراخ" مقعر می شود و جوشکاری با نفوذ عمیق را تشکیل می دهد که دارای ویژگی های سرعت جوشکاری سریع و نسبت ابعاد بزرگ است. اصل هدایت حرارتیجوش لیزریاین است: تابش لیزر، سطح مورد پردازش را گرم می کند و گرمای سطح از طریق رسانش حرارتی به داخل پخش می شود. با کنترل پارامترهای لیزر مانند عرض پالس لیزر، انرژی، توان پیک و فرکانس تکرار، قطعه کار ذوب می‌شود تا یک حوضچه مذاب خاص تشکیل شود.

جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر معمولاً از یک پرتو لیزر پیوسته برای تکمیل اتصال مواد استفاده می کند. فرآیند فیزیکی متالورژیکی آن بسیار شبیه به جوشکاری پرتوی الکترونی است، یعنی مکانیسم تبدیل انرژی از طریق ساختار "کلید سوراخ" تکمیل می شود.

تحت تابش لیزر با چگالی توان کافی بالا، مواد تبخیر شده و سوراخ های کوچکی ایجاد می شود. این سوراخ کوچک پر از بخار مانند جسم سیاهی است که تقریباً تمام انرژی پرتو فرودی را جذب می کند. دمای تعادل در سوراخ به حدود 2500 می رسد°ج- گرما از دیواره بیرونی سوراخ با دمای بالا منتقل می شود و باعث ذوب شدن فلز اطراف سوراخ می شود. سوراخ کوچک با بخار با دمای بالا پر می شود که توسط تبخیر مداوم مواد دیوار تحت تابش پرتو ایجاد می شود. دیواره های سوراخ کوچک توسط فلز مذاب احاطه شده است و فلز مایع توسط مواد جامد احاطه شده است (در اکثر فرآیندهای جوشکاری معمولی و جوشکاری رسانایی لیزری، انرژی ابتدا روی سطح قطعه کار رسوب می کند و سپس با انتقال به داخل منتقل می شود. ). جریان مایع خارج از دیواره سوراخ و کشش سطحی لایه دیوار با فشار بخار به طور مداوم تولید شده در حفره سوراخ در فاز است و تعادل دینامیکی را حفظ می کند. پرتو نور به طور مداوم وارد سوراخ کوچک می شود و مواد خارج از سوراخ کوچک به طور مداوم در جریان است. همانطور که پرتو نور حرکت می کند، سوراخ کوچک همیشه در حالت جریان پایدار است.

یعنی سوراخ کوچک و فلز مذاب اطراف دیواره سوراخ با سرعت رو به جلو تیر خلبان به جلو حرکت می کند. فلز مذاب شکاف باقی مانده پس از برداشتن سوراخ کوچک را پر می کند و بر اساس آن متراکم می شود و جوش تشکیل می شود. همه اینها آنقدر سریع اتفاق می افتد که سرعت جوشکاری به راحتی می تواند به چندین متر در دقیقه برسد.

پس از درک مفاهیم اساسی چگالی توان، جوشکاری هدایت حرارتی، و جوشکاری با نفوذ عمیق، در مرحله بعد تحلیل مقایسه ای چگالی توان و فازهای متالوگرافی قطرهای مختلف هسته را انجام خواهیم داد.

مقایسه آزمایش‌های جوشکاری بر اساس قطر هسته لیزر رایج در بازار:

چگالی توان موقعیت نقطه کانونی لیزرها با قطر هسته های مختلف

از منظر چگالی توان، تحت همان توان، هرچه قطر هسته کوچکتر باشد، روشنایی لیزر بیشتر و انرژی متمرکزتر می شود. اگر لیزر را با یک چاقوی تیز مقایسه کنیم، هرچه قطر هسته کوچکتر باشد، لیزر تیزتر است. چگالی توان لیزر با قطر هسته 14 میلی متری بیش از 50 برابر لیزر با قطر هسته 100 میلی متر است و قابلیت پردازش قوی تر است. در عین حال، چگالی توان محاسبه شده در اینجا فقط یک چگالی متوسط ​​ساده است. توزیع واقعی انرژی یک توزیع گاوسی تقریبی است و انرژی مرکزی چندین برابر چگالی توان متوسط ​​خواهد بود.

نمودار شماتیک توزیع انرژی لیزر با قطرهای مختلف هسته

رنگ نمودار توزیع انرژی، توزیع انرژی است. هر چه رنگ قرمزتر باشد، انرژی بیشتر است. انرژی قرمز جایی است که انرژی در آن متمرکز می شود. از طریق توزیع انرژی لیزر پرتوهای لیزر با قطر هسته های مختلف، می توان دریافت که جلوی پرتو لیزر تیز نیست و پرتو لیزر تیز است. هر چه انرژی کوچکتر باشد، هر چه انرژی روی یک نقطه متمرکزتر باشد، تیزتر و توانایی نفوذ آن قوی تر است.

مقایسه اثرات جوشکاری لیزرها با قطرهای مختلف هسته

مقایسه لیزرهای با قطر هسته های مختلف:

(1) این آزمایش از سرعت 150 میلی متر بر ثانیه، جوشکاری موقعیت فوکوس استفاده می کند و مواد از آلومینیوم سری 1، ضخامت 2 میلی متر است.

(2) هرچه قطر هسته بزرگتر باشد، عرض ذوب بزرگتر، منطقه تحت تأثیر حرارت بزرگتر و چگالی توان واحد کوچکتر است. هنگامی که قطر هسته از 200 میلی متر بیشتر شود، دستیابی به عمق نفوذ در آلیاژهای با واکنش بالا مانند آلومینیوم و مس آسان نیست و جوشکاری با نفوذ عمیق بالاتر تنها با قدرت بالا قابل دستیابی است.

(3) لیزرهای هسته کوچک چگالی توان بالایی دارند و می توانند به سرعت سوراخ های کلید را روی سطح مواد با انرژی بالا و مناطق کوچک متاثر از گرما سوراخ کنند. با این حال، در عین حال، سطح جوش ناهموار است و احتمال فروپاشی سوراخ کلید در طول جوشکاری با سرعت کم زیاد است و سوراخ کلید در طول چرخه جوشکاری بسته می شود. چرخه طولانی است و عیوب مانند نقص و منافذ مستعد بروز هستند. برای پردازش یا پردازش با سرعت بالا با مسیر نوسانی مناسب است.

(4) لیزرهای با قطر هسته بزرگ دارای نقاط نوری بزرگتر و انرژی پراکنده بیشتری هستند که آنها را برای ذوب مجدد سطح لیزری، روکش، بازپخت و سایر فرآیندها مناسب تر می کند.