Laserhitsausvoidaan saavuttaa jatkuvilla tai pulssilaserisäteillä. Periaatteetlaserhitsausvoidaan jakaa lämmönjohtavaan hitsaukseen ja lasersyväläpihitsaukseen. Kun tehotiheys on alle 104–105 W/cm2, kyseessä on lämmönjohtava hitsaus. Tällä hetkellä tunkeutumissyvyys on matala ja hitsausnopeus hidas; kun tehotiheys on suurempi kuin 105 ~ 107 W/cm2, metallipinta on kovera "reikiksi" lämmön vaikutuksesta muodostaen syvän tunkeutumishitsauksen, jolla on nopea hitsausnopeus ja suuri kuvasuhde. Lämmönjohtavuuden periaatelaserhitsauson: lasersäteily lämmittää prosessoitavan pinnan ja pintalämpö leviää sisätiloihin lämmön johtumisen kautta. Ohjaamalla laserparametreja, kuten laserpulssin leveyttä, energiaa, huipputehoa ja toistotaajuutta, työkappale sulatetaan tietyn sulan muodostamiseksi.
Laserin syväläpihitsauksessa käytetään yleensä jatkuvaa lasersädettä materiaalien liittämiseen. Sen metallurginen fysikaalinen prosessi on hyvin samankaltainen kuin elektronisuihkuhitsauksessa, eli energian muuntomekanismi valmistuu "avaimenreikä" -rakenteen kautta.
Lasersäteilyssä riittävän suurella tehotiheydellä materiaali haihtuu ja muodostuu pieniä reikiä. Tämä pieni höyryllä täytetty reikä on kuin musta kappale, joka imee lähes kaiken tulevan säteen energian. Tasapainolämpötila reiässä saavuttaa noin 2500 astetta°C. Lämpö siirtyy korkean lämpötilan reiän ulkoseinästä, jolloin reikää ympäröivä metalli sulaa. Pieni reikä on täytetty korkean lämpötilan höyryllä, joka syntyy seinämateriaalin jatkuvasta haihduttamisesta säteen säteilytyksen alaisena. Pienen reiän seinämiä ympäröi sula metalli ja nestemäistä metallia ympäröivät kiinteät materiaalit (useimmissa tavanomaisissa hitsausprosesseissa ja laserjohdehitsauksessa energia ensin kerrostetaan työkappaleen pinnalle ja siirretään sitten sisälle siirron avulla ). Nestevirtaus reiän seinämän ulkopuolella ja seinäkerroksen pintajännitys ovat samassa vaiheessa reiän ontelossa jatkuvasti syntyvän höyryn paineen kanssa ja ylläpitävät dynaamista tasapainoa. Valosäde tulee jatkuvasti pieneen reikään, ja pienen reiän ulkopuolella oleva materiaali virtaa jatkuvasti. Valosäteen liikkuessa pieni reikä on aina vakaassa virtaustilassa.
Toisin sanoen pieni reikä ja reiän seinämää ympäröivä sula metalli liikkuvat eteenpäin ohjaussäteen eteenpäin nopeudella. Sula metalli täyttää pienen reiän poistamisen jälkeen jääneen raon ja tiivistyy vastaavasti, jolloin muodostuu hitsi. Kaikki tämä tapahtuu niin nopeasti, että hitsausnopeudet voivat helposti saavuttaa useita metrejä minuutissa.
Ymmärrettyään tehotiheyden, lämmönjohtavuushitsauksen ja syvähitsauksen peruskäsitteet, teemme seuraavaksi vertailevan analyysin eri hylsyhalkaisijoiden tehotiheydestä ja metallografisista vaiheista.
Hitsauskokeiden vertailu markkinoilla olevien yleisten lasersydämien halkaisijoiden perusteella:
Eriytimen halkaisijaltaan erilaisten lasereiden polttopisteaseman tehotiheys
Tehotiheyden näkökulmasta samalla teholla mitä pienempi sydämen halkaisija on, sitä suurempi laserin kirkkaus ja keskittyneempi energia. Jos laseria verrataan terävään veitseen, mitä pienempi ytimen halkaisija on, sitä terävämpi laser. 14um ytimen halkaisijaltaan olevan laserin tehotiheys on yli 50 kertaa ytimen halkaisijaltaan 100um laserin tehotiheys ja prosessointikyky on vahvempi. Samaan aikaan tässä laskettu tehotiheys on vain yksinkertainen keskimääräinen tiheys. Todellinen energiajakauma on likimääräinen Gaussin jakauma, ja keskusenergia on useita kertoja keskimääräiseen tehotiheyteen verrattuna.
Kaavio laserenergian jakautumisesta eri ytimen läpimitoilla
Energian jakautumiskaavion väri on energian jakautuminen. Mitä punaisempi väri, sitä korkeampi energia. Punainen energia on paikka, johon energia keskittyy. Erihalkaisijaltaan erilaisten lasersäteiden laserenergian jakautumisen kautta voidaan nähdä, että lasersäteen etuosa ei ole terävä ja lasersäde on terävä. Mitä pienempi, sitä keskittyneempi energia yhteen pisteeseen, sitä terävämpi se on ja sitä vahvempi sen läpäisykyky.
Eri halkaisijaltaan erilaisten lasereiden hitsausvaikutusten vertailu
Eri ytimen halkaisijaltaan erilaisten lasereiden vertailu:
(1) Kokeessa käytetään nopeutta 150 mm/s, fokusasentohitsausta ja materiaali on 1-sarjan alumiinia, paksuus 2 mm;
(2) Mitä suurempi sydämen halkaisija, sitä suurempi sulamisleveys, sitä suurempi on lämmön vaikutusalue ja sitä pienempi yksikkötehotiheys. Kun sydämen halkaisija ylittää 200 um, ei ole helppoa saavuttaa tunkeutumissyvyyttä korkeareaktiisilla metalliseoksilla, kuten alumiinilla ja kuparilla, ja korkeampi Syväläpäisyhitsaus voidaan saavuttaa vain suurella teholla;
(3) Pieniydinlasereilla on suuri tehotiheys, ja ne voivat nopeasti lyödä avaimenreikiä materiaalien pintaan, jossa on paljon energiaa ja pieniä lämpövaikutusalueita. Kuitenkin samaan aikaan hitsin pinta on karkea ja avaimenreiän romahtamisen todennäköisyys on korkea hitsausnopeuden hitsauksen aikana, ja avaimenreikä on suljettu hitsausjakson aikana. Kierto on pitkä, ja viat, kuten viat ja huokoset, ovat alttiita esiintymään. Se soveltuu nopeaan käsittelyyn tai käsittelyyn kääntöradalla;
(4) Suurihalkaisijaisilla lasereilla on suuremmat valopisteet ja hajaantunut energia, mikä tekee niistä sopivampia laserpintojen uudelleensulatukseen, päällystykseen, hehkutukseen ja muihin prosesseihin.
Postitusaika: 06.10.2023
