Lasersvetsningkan uppnås med hjälp av kontinuerliga eller pulsade laserstrålar. Principerna förlasersvetsningkan delas in i värmeledningssvetsning och laserdjupsvetsning. När effekttätheten är mindre än 104~105 W/cm2 är det värmeledningssvetsning. Vid denna tidpunkt är penetrationsdjupet grunt och svetshastigheten låg; när effekttätheten är större än 105~107 W/cm2, är metallytan konkav till "hål" på grund av värme, vilket bildar djup penetrationssvetsning, som har egenskaperna för snabb svetshastighet och stort bildförhållande. Principen för värmeledninglasersvetsningär: laserstrålning värmer ytan som ska bearbetas, och ytvärmen diffunderar till det inre genom värmeledning. Genom att kontrollera laserparametrar som laserpulsbredd, energi, toppeffekt och repetitionsfrekvens smälts arbetsstycket för att bilda en specifik smältbassäng.
Lasersvetsning med djup penetration använder vanligtvis en kontinuerlig laserstråle för att slutföra anslutningen av material. Dess metallurgiska fysiska process är mycket lik den för elektronstrålesvetsning, det vill säga energiomvandlingsmekanismen fullbordas genom en "nyckelhåls"-struktur.
Under laserbestrålning med tillräckligt hög effekttäthet förångas materialet och små hål bildas. Detta lilla hål fyllt med ånga är som en svart kropp och absorberar nästan all energi från den infallande strålen. Jämviktstemperaturen i hålet når cirka 2500°C. Värmen överförs från ytterväggen av högtemperaturhålet, vilket gör att metallen som omger hålet smälter. Det lilla hålet är fyllt med högtemperaturånga som genereras av den kontinuerliga förångningen av väggmaterialet under strålens strålning. Väggarna i det lilla hålet är omgivna av smält metall, och den flytande metallen är omgiven av fasta material (i de flesta konventionella svetsprocesser och laserledningssvetsning avsätts energin först på ytan av arbetsstycket och transporteras sedan till det inre genom överföring ). Vätskeflödet utanför hålväggen och väggskiktets ytspänning är i fas med det kontinuerligt genererade ångtrycket i hålrummet och upprätthåller en dynamisk balans. Ljusstrålen kommer kontinuerligt in i det lilla hålet, och materialet utanför det lilla hålet flödar kontinuerligt. När ljusstrålen rör sig är det lilla hålet alltid i ett stabilt flöde.
Det vill säga, det lilla hålet och den smälta metallen som omger hålväggen rör sig framåt med pilotstrålens hastighet framåt. Den smälta metallen fyller gapet som finns kvar efter att det lilla hålet har tagits bort och kondenserar därefter, och svetsen bildas. Allt detta sker så snabbt att svetshastigheterna lätt kan nå flera meter per minut.
Efter att ha förstått de grundläggande begreppen effekttäthet, värmeledningssvetsning och djupgenomträngningssvetsning, kommer vi att göra en jämförande analys av effekttätheten och metallografiska faser för olika kärndiametrar.
Jämförelse av svetsexperiment baserat på vanliga laserkärndiametrar på marknaden:
Effekttäthet för brännpunktsposition för lasrar med olika kärndiametrar
Ur perspektivet av effekttäthet, under samma effekt, ju mindre kärndiameter, desto högre ljusstyrka på lasern och desto mer koncentrerad energi. Om lasern jämförs med en vass kniv, ju mindre kärndiameter, desto vassare laser. Effekttätheten för lasern med 14um kärndiameter är mer än 50 gånger den för lasern med kärndiametern 100um, och bearbetningsförmågan är starkare. Samtidigt är den här beräknade effekttätheten bara en enkel medeldensitet. Den faktiska energifördelningen är en ungefärlig Gaussfördelning, och den centrala energin kommer att vara flera gånger den genomsnittliga effekttätheten.
Schematiskt diagram över laserenergifördelning med olika kärndiametrar
Färgen på energifördelningsdiagrammet är energifördelningen. Ju rödare färg, desto högre energi. Den röda energin är platsen där energin är koncentrerad. Genom laserenergifördelningen av laserstrålar med olika kärndiametrar kan man se att laserstrålens front inte är skarp och laserstrålen är skarp. Ju mindre, desto mer koncentrerad energin är på en punkt, desto skarpare är den och desto starkare är dess penetreringsförmåga.
Jämförelse av svetseffekter av lasrar med olika kärndiametrar
Jämförelse av lasrar med olika kärndiametrar:
(1) Experimentet använder en hastighet på 150 mm/s, fokuspositionssvetsning, och materialet är 1 serie aluminium, 2 mm tjockt;
(2) Ju större kärndiameter, desto större smältbredd, desto större värmepåverkad zon och desto mindre enhetseffekttäthet. När kärndiametern överstiger 200um är det inte lätt att uppnå ett penetrationsdjup på högreaktionslegeringar som aluminium och koppar, och en högre djup penetrationssvetsning kan endast uppnås med hög effekt;
(3) Småkärniga lasrar har hög effekttäthet och kan snabbt slå nyckelhål på ytan av material med hög energi och små värmepåverkade zoner. Men samtidigt är svetsytan grov och sannolikheten för att nyckelhålet kollapsar är hög under låghastighetssvetsning och nyckelhålet stängs under svetscykeln. Cykeln är lång och defekter som defekter och porer är benägna att uppstå. Den är lämplig för höghastighetsbearbetning eller bearbetning med en svängbana;
(4) Lasrar med stor kärndiameter har större ljusfläckar och mer spridd energi, vilket gör dem mer lämpade för laserytomsmältning, beklädnad, glödgning och andra processer.
Posttid: 2023-okt-06
