مقایسه اثر جوشکاری لیزرهای مختلف با قطر هسته

پردازش لیزری مواد فلزی عمدتاً بر اساس پردازش حرارتی اثر فتوترمال است. هنگامی که لیزر به سطح ماده تابش می کند، تغییرات مختلفی در سطح ماده تحت چگالی توان متفاوت رخ می دهد. این تغییرات شامل افزایش دمای سطح، ذوب، تبخیر، تشکیل سوراخ کلید و تولید پلاسمای ناشی از عکس است. علاوه بر این، تغییرات در وضعیت فیزیکی سطح ماده به شدت بر جذب لیزر توسط ماده تأثیر می گذارد. به طور کلی هر چه دما بالاتر باشد میزان جذب مواد به لیزر بیشتر می شود. با افزایش چگالی توان و زمان عمل، مواد فلزی در حالت‌های فیزیکی دچار تغییرات زیر می‌شوند.

هسته جوش لیزری دو است: انتقال حرارت و هدایت حرارت. انتقال حرارت به منبع گرما، چگالی توان و انرژی خط مربوط می شود. هدایت گرما عمدتاً به اتلاف گرما و سرعت انتقال حرارت مواد مربوط می شود که به خواص ذاتی ماده تعلق دارد و به طور کلی می توان با وسایل خنک کننده آب و جریان گاز محافظ آن را تنظیم کرد. در فرآیند جوشکاری، منبع حرارت، چگالی توان و انرژی خط به طور عمده تنظیم می شود. پارامترهای فرآیند درگیر عبارتند از: قطر هسته لیزر، قدرت، سرعت، فوکوس و غیره.

دو نوع اصلی جوش لیزری با توجه به میزان جذب فرآیند جوشکاری وجود دارد. یکی جوشکاری رسانای حرارتی است (نسبت عمق به عرض کمتر از 1، نرخ جذب لیزر نور قرمز در 20٪، طول موج های مختلف تفاوت دارند). دیگری جوشکاری با نفوذ عمیق است (نسبت عمق به عرض> 1، نرخ جذب بیشتر از میزان جذب حوضچه مذاب مواد است، بیش از 60٪، عمدتاً جذب انعکاس چندگانه لیزری در سوراخ کلید).

جوشکاری هدایت حرارتی لیزری:

تابش لیزر مختلف باعث تغییرات متفاوتی در حالت مواد می شود که در فرآیند جوشکاری به عنوان دو حالت جوش معمولی منعکس می شود: جوشکاری رسانایی حرارتی لیزر و جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر. فرآیند انتقال حرارت، مکانیسم تشکیل جوش، ویژگی های تکنولوژیکی و محدوده کاربرد این دو بسیار متفاوت است.

حالت جوشکاری هدایت حرارتی لیزری:

در طول جوشکاری رسانای حرارتی، تابش لیزر روی سطح قطعه کار در محدوده 10E4 ~ 10E6W/cm است. انرژی لیزر توسط لایه نازک لایه سطحی 10 ~ 100 متر جذب می شود و انرژی لیزر لایه سطحی با هدایت حرارتی به داخل ماده منتقل می شود و لیزر را نمی توان مستقیماً لمس کرد. پس از مدت معینی از تابش لیزر، سطح به ذوب می‌رسد و این ایزوترم ذوب در اعماق مواد منتشر می‌شود و دمای سطح همچنان افزایش می‌یابد. با این حال، بالاترین فقط می تواند به نقطه جوش مواد برسد و هر چه دما بالاتر باشد، ماده تبخیر می شود و یک گودال تشکیل می دهد. فرآیند جوشکاری هدایت حرارتی پایدار آسیب می بیند، حوضچه جوش نوسان می کند و مواد می سوزند. به طور کلی جوشکاری رسانای حرارتی بیشتر در ورق های نازک استفاده می شود و این وضعیت باید برطرف شود. با حرکت نسبی پرتو لیزر و قطعه کار یک جوش کم عمق و عریض مانند شکل زیر تشکیل می شود. نسبت عمق به عرض جوش کوچک است و عرض جوش معمولاً بیش از 2 برابر عمق نفوذ است. شکل زیر نمایه یک جوش جوشکاری رسانایی حرارتی لیزری معمولی را نشان می‌دهد و شکل جوش تقریباً نیم‌کره است.

جوشکاری با نفوذ عمیق لیزر:

هنگامی که تابش بیشتر از 10E7W/cm باشد، سطح مواد تحت تاثیر لیزر ذوب شده و تبخیر می‌شود و فشار برگشت بخار تولید شده حوضچه مذاب را به سمت پایین تحت تاثیر قرار می‌دهد و سوراخ کلید را تشکیل می‌دهد. پرتو نور مستقیماً در پایین سوراخ کلید عمل می کند و فلز را بیشتر ذوب و تبخیر می کند. گاز فشار بالا به طور مداوم از داخل سوراخ کلید تولید می شود و به طور مداوم به بیرون فوران می کند و در نتیجه سوراخ را بیشتر عمیق می کند. پرتو همچنین عمیق‌تر و عمیق‌تر می‌شود و منبع حرارت لیزر نیز در داخل ماده عمل می‌کند و گرما را از داخل سوراخ کلید به مواد منتقل می‌کند تا منطقه تحت تأثیر گرما عمیق‌تری را تشکیل دهد. در همان زمان، سوراخ کلید با پلاسمای یونیزه شده توسط بخار با دمای بالا پر می شود و محدوده خاصی از ابر پلاسما در بالای خروجی سوراخ کلید تشکیل می شود.

اثر سوراخ کلید نقش مهمی در جذب لیزر در فرآیند جوشکاری لیزر دارد. پرتو لیزری که وارد سوراخ کلید می شود تقریباً به طور کامل از طریق بازتاب های متعدد دیواره سوراخ جذب می شود. همانطور که در شکل نشان داده شده است، اگر سوراخ کلید یک سطح مخروطی (با زاویه ∅) باشد، یک پرتو نوری که در امتداد محور مخروطی فرو می‌رود، مستقیماً از طریق مخروط به سمت پایین سوراخ کلید منعکس می‌شود و منعکس می‌شود و کل آن را منعکس می‌کند. 180 درجه /∅. جذب فولاد در هر بازتاب حدود 13 درصد است. هنگامی که درجه P{2}} تنظیم می شود، جذب کل در 18 بازتاب به 92% می رسد که در مقایسه با رسانایی حرارتی 13% بسیار بهبود یافته است. تمایز بین هدایت حرارتی و ذوب عمیق به طور کلی بر اساس عمق ذوب متالورژیکی است: عرض ذوب بیشتر از 1 است که می توان آن را ذوب عمیق در نظر گرفت، زیرا ظاهر سوراخ های کلید نرخ جذب را بهبود می بخشد. این روش ساده برای جوشکاری تک لیزری مناسب است. کامپوزیت برای این قضاوت که عموماً جوشکاری با نفوذ عمیق است مناسب نیست و تیر مرکزی دارای اثر سوراخ کلید است.

پس از درک چگالی توان پایه، جوشکاری هدایت حرارتی، مفاهیم جوشکاری نفوذ عمیق، سپس چگالی توان قطرهای مختلف هسته و تجزیه و تحلیل مقایسه متالوگرافیک. این آزمایش جوشکاری برای قطر هسته لیزر رایج در بازار انجام می شود.

از نقطه نظر چگالی توان، تحت همان توان، هرچه قطر هسته ریزتر باشد، روشنایی لیزر بیشتر باشد، انرژی متمرکزتر می شود. اگر لیزر را با یک چاقوی تیز مقایسه کنیم، هرچه قطر هسته لیزر کمتر باشد، تیزتر است. چگالی توان قطر هسته 14 میلی متری بیش از 50 برابر لیزر با قطر هسته 100 میلی متر است و ظرفیت پردازش قوی تر است. در عین حال، چگالی توان محاسبه شده در اینجا به سادگی چگالی متوسط ​​است. توزیع واقعی انرژی تقریباً گوسی است و انرژی مرکزی چندین برابر چگالی توان متوسط ​​خواهد بود.

مقایسه لیزر با قطر هسته متفاوت:

(1) سرعت آزمایش 150 میلی متر در ثانیه است، موقعیت فوکوس جوش داده شده است، مواد 1 سری آلومینیوم، 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، انجام نفوذ عمیق روی آلیاژهای معکوس بالا مانند آلومینیوم و مس آسان نیست و برای دستیابی به جوشکاری با نفوذ عمیق به توان بالاتری نیاز است.

(3) لیزر هسته کوچک دارای چگالی توان بالایی است، می تواند به سرعت سوراخ های کلید را روی سطح مواد با انرژی بالا پانچ کند، و منطقه تحت تاثیر حرارت کوچک است، اما در عین حال، سطح جوش ناهموار است، و احتمال فروپاشی سوراخ کلید در جوشکاری با سرعت کم زیاد است. چرخه بسته شدن سوراخ کلید چرخه جوش طولانی است و به راحتی می تواند نقص، تخلخل و سایر عیوب ایجاد کند، که برای ماشینکاری با سرعت بالا یا پردازش با مسیر نوسانی مناسب است.

(4) لیزر هسته بزرگ به دلیل نقطه بزرگ، و انرژی پراکنده تر است، که برای ذوب مجدد سطح لیزر، روکش، بازپخت و سایر فرآیندها مناسب تر است.

مزایا و کاربردهای لیزر هسته کوچک (< 100um)

(1) مواد معکوس بالا: آلومینیوم، مس، فولاد ضد زنگ، نیکل، مولیبدن و غیره.
مواد معکوس بالا نیاز به انتخاب لیزر با قطر هسته کوچک دارند. پرتو لیزر با چگالی بالا برای گرم کردن سریع مواد به حالت مایع یا تبخیر، بهبود نرخ جذب لیزر مواد و تحقق پردازش کارآمد و سریع استفاده می‌شود. لیزری با قطر هسته بزرگ انتخاب کنید که به راحتی می تواند منجر به واکنش بالا و در نتیجه جوش مجازی و حتی سوزاندن لیزر شود.

(2) مواد حساس به ترک: نیکل، مس نیکل اندود، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، آلیاژ تیتانیوم و غیره.

این ماده به طور کلی نیاز به کنترل دقیق منطقه متاثر از گرما، نیاز به یک حوضچه مذاب کوچک و انتخاب لیزر با قطر هسته کوچک مناسب تر است.

(3) پردازش لیزری با سرعت بالا:

جوشکاری با نفوذ عمیق نیاز به پردازش لیزری با سرعت بالا دارد. لازم است لیزری با چگالی انرژی بالا انتخاب شود تا اطمینان حاصل شود که انرژی خط برای ذوب مواد با سرعت بالا کافی است، به ویژه برای جوشکاری همپوشانی، جوشکاری نفوذی و سایر لیزرهای هسته کوچک با نیازهای نفوذ بالاتر.

Advantages and Applications of Large Core Laser (>100 میلی متر)

قطر هسته بزرگ، نقطه نوری بزرگ، منطقه پوشش حرارتی بزرگ، سطح کاربرد گسترده، و تنها برای دستیابی به ذوب سطح مواد میکرو. برای کاربرد در روکش لیزری، ذوب مجدد لیزر، آنیل لیزری، سخت شدن لیزر و غیره بسیار مناسب است. در این مناطق، لکه های بزرگ به معنای راندمان تولید بالاتر و عیوب کمتر است (جوشکاری رسانای حرارتی تقریباً هیچ نقصی ندارد).

در جوشکاری، نقطه بزرگ عمدتا برای جوشکاری کامپوزیت استفاده می شود که برای لیزر کامپوزیت با قطر هسته کوچک استفاده می شود. لکه های نوری بزرگ باعث می شود که سطح مواد کمی ذوب شود، از جامد به مایع، به طوری که سرعت جذب مواد به لیزر تا حد زیادی بهبود می یابد. سپس از یک قطر هسته کوچک برای سوراخ کردن سوراخ کلید و پانچ کردن عمق نفوذ استفاده کنید. در این فرآیند به دلیل پیش گرمایش و پس پردازش لکه های نوری بزرگ و گرادیان دمایی زیاد حوضچه مذاب، ترک های ناشی از گرمایش سریع و سرد شدن سریع مواد به راحتی ایجاد نمی شود و ظاهر جوش صاف تر می شود. . پاشش پاشش کمتر از محلول لیزر تک است.

شرکت فناوری لیزر Xi'an Guosheng یک شرکت با فناوری پیشرفته متخصص در تحقیق و توسعه، ساخت و فروش دستگاه روکش لیزری اتوماتیک، دستگاه روکش لیزری پرسرعت، دستگاه خاموش کننده لیزر، دستگاه جوش لیزری و تجهیزات چاپ سه بعدی لیزری است. محصولات ما مقرون به صرفه هستند و در داخل و خارج از کشور به فروش می رسند. اگر به محصولات ما علاقه مند هستید، لطفاً با ما در bob@gshenglaser.com تماس بگیرید.