مقایسه جوشکاری لیزر تک حالته-چند حالته-حلقوی-هیبریدی

جوشکاری فرآیندی است که طی آن دو یا چند فلز از طریق اعمال حرارت به یکدیگر متصل می‌شوند. جوشکاری معمولاً شامل گرم کردن یک ماده تا نقطه ذوب آن است، به طوری که فلز پایه ذوب شده و شکاف‌های بین اتصالات را پر می‌کند و یک اتصال قوی ایجاد می‌کند. جوشکاری لیزری روشی برای اتصال است که از لیزر به عنوان منبع گرما استفاده می‌کند.

به عنوان مثال، باتری مربعی شکل را در نظر بگیرید: هسته باتری توسط لیزر از طریق چندین قطعه متصل می‌شود. در کل فرآیند جوشکاری لیزری، استحکام اتصال مواد، راندمان تولید و نرخ نقص، سه موضوعی هستند که صنعت بیشتر نگران آنهاست. استحکام اتصال مواد را می‌توان با عمق و عرض نفوذ متالوگرافی (که ارتباط نزدیکی با منبع نور لیزر دارد) منعکس کرد. راندمان تولید عمدتاً به قابلیت پردازش منبع نور لیزر مربوط می‌شود. نرخ نقص عمدتاً به انتخاب منبع نور لیزر مربوط می‌شود. بنابراین، این مقاله به بررسی منابع نور رایج در بازار می‌پردازد. مقایسه ساده‌ای از چندین منبع نور لیزر انجام شده است، به این امید که به توسعه‌دهندگان فرآیند کمک کند.

زیراجوشکاری لیزریاساساً یک فرآیند تبدیل نور به گرما است، چندین پارامتر کلیدی درگیر عبارتند از: کیفیت پرتو (BBP، M2، زاویه واگرایی)، چگالی انرژی، قطر هسته، شکل توزیع انرژی، سر جوش تطبیقی، پردازش پنجره‌های فرآیند و مواد قابل پردازش عمدتاً برای تجزیه و تحلیل و مقایسه منابع نور لیزر از این جهات استفاده می‌شوند.

مقایسه لیزر تک حالته و چند حالته

تعریف تک حالته و چند حالته:

تک مد به الگوی توزیع انرژی لیزر در یک صفحه دو بعدی اشاره دارد، در حالی که چند مد به الگوی توزیع انرژی فضایی که توسط برهم نهی الگوهای توزیع چندگانه تشکیل شده است، اشاره دارد. به طور کلی، می‌توان از اندازه فاکتور M2 کیفیت پرتو برای قضاوت در مورد تک مد یا چند مد بودن خروجی لیزر فیبر استفاده کرد: M2 کمتر از 1.3 لیزر تک مد خالص، M2 بین 1.3 و 2.0 لیزر شبه تک مد (چند مدی) و M2 بزرگتر از 2.0 برای لیزرهای چند مدی است.

زیراجوشکاری لیزریاساساً یک فرآیند تبدیل نور به گرما است، چندین پارامتر کلیدی درگیر عبارتند از: کیفیت پرتو (BBP، M2، زاویه واگرایی)، چگالی انرژی، قطر هسته، شکل توزیع انرژی، سر جوش تطبیقی، پردازش پنجره‌های فرآیند و مواد قابل پردازش عمدتاً برای تجزیه و تحلیل و مقایسه منابع نور لیزر از این جهات استفاده می‌شوند.

مقایسه لیزر تک حالته و چند حالته

تعریف تک حالته و چند حالته:

تک مد به الگوی توزیع انرژی لیزر در یک صفحه دو بعدی اشاره دارد، در حالی که چند مد به الگوی توزیع انرژی فضایی که توسط برهم نهی الگوهای توزیع چندگانه تشکیل شده است، اشاره دارد. به طور کلی، می‌توان از اندازه فاکتور M2 کیفیت پرتو برای قضاوت در مورد تک مد یا چند مد بودن خروجی لیزر فیبر استفاده کرد: M2 کمتر از 1.3 لیزر تک مد خالص، M2 بین 1.3 و 2.0 لیزر شبه تک مد (چند مدی) و M2 بزرگتر از 2.0 برای لیزرهای چند مدی است.

همانطور که در شکل نشان داده شده است: شکل b توزیع انرژی یک مد بنیادی واحد را نشان می‌دهد و توزیع انرژی در هر جهتی که از مرکز دایره عبور می‌کند به شکل یک منحنی گاوسی است. تصویر a توزیع انرژی چند مدی را نشان می‌دهد که توزیع انرژی فضایی تشکیل شده توسط برهم‌نهی چندین مد لیزر منفرد است. نتیجه برهم‌نهی چند مدی یک منحنی با سطح صاف است.

لیزرهای تک حالته رایج: IPG YLR-2000-SM، SM مخفف Single Mode است. در محاسبات از فوکوس موازی ۱۵۰-۲۵۰ برای محاسبه اندازه نقطه فوکوس استفاده می‌شود، چگالی انرژی ۲۰۰۰ وات است و چگالی انرژی فوکوس برای مقایسه استفاده می‌شود.

مقایسه تک حالته و چند حالتهجوشکاری لیزریاثرات

لیزر تک حالته: قطر هسته کوچک، چگالی انرژی بالا، قابلیت نفوذ قوی، منطقه تحت تأثیر حرارت کوچک، شبیه به یک چاقوی تیز، به ویژه مناسب برای جوشکاری صفحات نازک و جوشکاری پرسرعت، و می‌تواند با گالوانومترها برای پردازش قطعات ریز و قطعات بسیار بازتابنده (قطعات بسیار بازتابنده)، گوش‌ها، قطعات اتصال و غیره استفاده شود، همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، تک حالته دارای سوراخ کلید کوچکتر و حجم محدودی از بخار فلزی فشار بالای داخلی است، بنابراین به طور کلی نقص‌هایی مانند منافذ داخلی ندارد. در سرعت‌های پایین، ظاهر بدون دمیدن هوای محافظ خشن است. در سرعت‌های بالا، محافظت اضافه می‌شود. کیفیت پردازش گاز خوب است، راندمان بالا است، جوش‌ها صاف و مسطح هستند و نرخ بازده بالا است. برای جوشکاری پشته‌ای و جوشکاری نفوذی مناسب است.

لیزر چند حالته: قطر هسته بزرگ، چگالی انرژی کمی کمتر از لیزر تک حالته، چاقوی کند، سوراخ کلید بزرگتر، ساختار فلزی ضخیم‌تر، نسبت عمق به عرض کوچکتر و در توان یکسان، عمق نفوذ 30٪ کمتر از لیزر تک حالته است، بنابراین برای استفاده مناسب است. مناسب برای پردازش جوش لب به لب و پردازش صفحات ضخیم با شکاف‌های مونتاژ بزرگ.

کنتراست لیزری حلقه‌ای کامپوزیتی

جوشکاری هیبریدی: پرتو لیزر نیمه‌هادی با طول موج ۹۱۵ نانومتر و پرتو لیزر فیبر با طول موج ۱۰۷۰ نانومتر در یک هد جوشکاری ترکیب می‌شوند. دو پرتو لیزر به صورت هم محور توزیع شده‌اند و صفحات کانونی دو پرتو لیزر را می‌توان به صورت انعطاف‌پذیر تنظیم کرد، به طوری که محصول هم نیمه‌هادی و هم فیبر را دارد.جوشکاری لیزریقابلیت‌ها پس از جوشکاری. این اثر روشن است و عمق فیبر داردجوشکاری لیزری.

نیمه‌هادی‌ها اغلب از یک نقطه نورانی بزرگ با طول موج بیش از ۴۰۰ میکرومتر استفاده می‌کنند که عمدتاً وظیفه پیش‌گرم کردن ماده، ذوب سطح ماده و افزایش میزان جذب لیزر فیبری توسط ماده را بر عهده دارد (میزان جذب لیزر توسط ماده با افزایش دما افزایش می‌یابد).

لیزر حلقه‌ای: دو ماژول لیزر فیبری، نور لیزر را منتشر می‌کنند که از طریق یک فیبر نوری مرکب (فیبر نوری حلقه‌ای درون فیبر نوری استوانه‌ای) به سطح ماده منتقل می‌شود.

دو پرتو لیزر با نقطه حلقوی: حلقه بیرونی مسئول گسترش دهانه سوراخ کلید و ذوب ماده است و لیزر حلقه داخلی مسئول عمق نفوذ است که امکان جوشکاری با پاشش بسیار کم را فراهم می‌کند. قطر هسته لیزر حلقه داخلی و خارجی را می‌توان آزادانه با هم تطبیق داد و قطر هسته را نیز می‌توان آزادانه با هم تطبیق داد. پنجره فرآیند انعطاف‌پذیرتر از یک پرتو لیزر واحد است.

مقایسه اثرات جوشکاری دایره‌ای-کامپوزیت

از آنجایی که جوشکاری هیبریدی ترکیبی از جوشکاری رسانایی حرارتی نیمه‌هادی و جوشکاری نفوذ عمیق فیبر نوری است، نفوذ حلقه بیرونی کمتر، ساختار متالوگرافی تیزتر و باریک‌تر است؛ در عین حال، ظاهر رسانایی حرارتی، حوضچه مذاب دارای نوسانات کوچک و دامنه وسیعی است و حوضچه مذاب پایدارتر است و ظاهری صاف‌تر دارد.

از آنجایی که لیزر حلقه‌ای ترکیبی از جوشکاری نفوذی عمیق و جوشکاری نفوذی عمیق است، حلقه بیرونی نیز می‌تواند عمق نفوذ ایجاد کند که می‌تواند به طور موثر دهانه سوراخ کلید را گسترش دهد. همان قدرت، عمق نفوذ بیشتر و متالوگرافی ضخیم‌تری دارد، اما در عین حال، پایداری حوضچه مذاب کمی کمتر از نوسان نیمه‌هادی فیبر نوری کمی بیشتر از جوشکاری کامپوزیت است و زبری آن نسبتاً زیاد است.