Laserové svařovánílze dosáhnout pomocí kontinuálních nebo pulzních laserových paprsků. Principylaserové svařovánílze rozdělit na svařování tepelným vedením a laserové svařování hlubokou penetrací. Když je hustota výkonu menší než 104~105 W/cm2, jedná se o svařování vedením tepla. V tomto okamžiku je hloubka průniku malá a rychlost svařování je pomalá; když je hustota výkonu větší než 105~107 W/cm2, je kovový povrch vlivem tepla konkávní do „otvorů“, čímž se vytváří hluboko pronikající svařování, které má vlastnosti rychlé svařovací rychlosti a velkého poměru stran. Princip vedení teplalaserové svařováníje: laserové záření ohřívá povrch, který má být zpracován, a povrchové teplo difunduje do interiéru prostřednictvím tepelného vedení. Řízením parametrů laseru, jako je šířka laserového pulsu, energie, špičkový výkon a opakovací frekvence, se obrobek roztaví a vytvoří specifickou roztavenou lázeň.
Laserové svařování s hlubokým průvarem obecně používá k dokončení spojení materiálů kontinuální laserový paprsek. Jeho metalurgický fyzikální proces je velmi podobný procesu svařování elektronovým paprskem, to znamená, že mechanismus přeměny energie je dokončen prostřednictvím struktury „klíčové dírky“.
Při laserovém ozařování s dostatečně vysokou hustotou výkonu se materiál odpaří a vytvoří se malé otvory. Tato malá díra naplněná párou je jako černé těleso, které pohlcuje téměř veškerou energii dopadajícího paprsku. Rovnovážná teplota v díře dosahuje asi 2500°C. Teplo se přenáší z vnější stěny vysokoteplotního otvoru, což způsobuje roztavení kovu obklopujícího otvor. Malý otvor je vyplněn vysokoteplotní párou generovanou kontinuálním odpařováním materiálu stěny pod ozařováním paprsku. Stěny malého otvoru jsou obklopeny roztaveným kovem a tekutý kov je obklopen pevnými materiály (u většiny konvenčních svařovacích procesů a svařování laserovým vedením je energie nejprve uložena na povrch obrobku a poté přenesena do interiéru přenosem ). Proudění kapaliny vně stěny otvoru a povrchové napětí vrstvy stěny jsou ve fázi s kontinuálně vytvářeným tlakem páry v dutině otvoru a udržují dynamickou rovnováhu. Světelný paprsek nepřetržitě vstupuje do malého otvoru a materiál mimo malý otvor nepřetržitě proudí. Jak se světelný paprsek pohybuje, malý otvor je vždy ve stabilním stavu toku.
To znamená, že malý otvor a roztavený kov obklopující stěnu otvoru se pohybují vpřed s dopřednou rychlostí pilotního paprsku. Roztavený kov vyplní mezeru po odstranění malého otvoru a odpovídajícím způsobem kondenzuje a vytvoří se svar. To vše se děje tak rychle, že rychlost svařování může snadno dosáhnout několika metrů za minutu.
Po pochopení základních pojmů hustoty výkonu, svařování s tepelnou vodivostí a svařování s hlubokým průvarem dále provedeme srovnávací analýzu hustoty výkonu a metalografických fází různých průměrů jádra.
Porovnání svařovacích experimentů založených na běžných průměrech laserových jader na trhu:
Výkonová hustota polohy ohniska laserů s různými průměry jádra
Z hlediska hustoty výkonu platí, že při stejném výkonu platí, že čím menší je průměr jádra, tím vyšší je jas laseru a tím koncentrovanější energie. Srovnáme-li laser s ostrým nožem, čím menší je průměr jádra, tím ostřejší je laser. Hustota výkonu laseru o průměru jádra 14 um je více než 50krát vyšší než u laseru o průměru jádra 100 um a schopnost zpracování je silnější. Přitom je zde vypočtená výkonová hustota pouze prostou průměrnou hustotou. Skutečné rozložení energie je přibližné Gaussovo rozložení a centrální energie bude několikanásobkem průměrné hustoty výkonu.
Schéma rozložení energie laseru s různými průměry jádra
Barva diagramu rozložení energie je rozložení energie. Čím červenější barva, tím vyšší energie. Červená energie je místo, kde se koncentruje energie. Prostřednictvím rozložení laserové energie laserových paprsků s různými průměry jádra je vidět, že čelo laserového paprsku není ostré a laserový paprsek je ostrý. Čím menší, tím je energie koncentrovanější na jeden bod, tím je ostřejší a tím silnější je její pronikavost.
Porovnání svařovacích účinků laserů s různými průměry jádra
Porovnání laserů s různými průměry jádra:
(1) Experiment používá rychlost 150 mm/s, svařování v poloze zaostření a materiál je hliník série 1, tloušťka 2 mm;
(2) Čím větší je průměr jádra, tím větší je šířka tavení, tím větší je tepelně ovlivněná zóna a tím menší je hustota výkonu jednotky. Když průměr jádra přesáhne 200 um, není snadné dosáhnout hloubky průniku u vysoce reaktivních slitin, jako je hliník a měď, a vyšší hluboké průvarové svařování lze dosáhnout pouze s vysokým výkonem;
(3) Lasery s malým jádrem mají vysokou hustotu výkonu a mohou rychle prorazit klíčové dírky na povrchu materiálů s vysokou energií a malými tepelně ovlivněnými zónami. Současně je však povrch svaru drsný a pravděpodobnost zhroucení klíčové dírky je vysoká během nízkorychlostního svařování a klíčová dírka je uzavřena během svařovacího cyklu. Cyklus je dlouhý a jsou náchylné k defektům, jako jsou defekty a póry. Je vhodný pro vysokorychlostní zpracování nebo zpracování s trajektorií švihu;
(4) Lasery s velkým průměrem jádra mají větší světelné skvrny a více rozptýlené energie, díky čemuž jsou vhodnější pro laserové povrchové přetavování, plátování, žíhání a další procesy.
Čas odeslání: říjen-06-2023
