Turli yadro diametrli lazerlarning payvandlash effektlarini solishtirish
Metall materiallarni lazer bilan qayta ishlash asosan fototermik effektga asoslangan termal ishlov berishdir. Lazer materialning sirtini nurlantirganda, materialning sirt maydoni turli quvvat zichligi ostida turli xil o'zgarishlarga uchraydi. Bu o'zgarishlarga sirt haroratining oshishi, erish, bug'lanish, kalit teshigi shakllanishi va fotoplazma hosil bo'lishi kiradi. Bundan tashqari, material yuzasi mintaqasining jismoniy holatining o'zgarishi materialning lazer nurini singdirishiga katta ta'sir qiladi. Umuman olganda, harorat qanchalik yuqori bo'lsa, materialning lazer nurini yutish tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Quvvat zichligi va harakat vaqtining oshishi bilan metall material 1-rasmda ko'rsatilganidek, quyidagi jismoniy holat o'zgarishlariga uchraydi.
Lazerli payvandlashning ikkita yadrosi mavjud: issiqlik uzatish va issiqlik o'tkazuvchanligi. Issiqlik uzatish issiqlik manbai, quvvat zichligi va chiziq energiyasi bilan bog'liq; Nozik sozlash uchun havo oqimi. Payvandlash jarayonida issiqlik manbai, quvvat zichligi va chiziq energiyasi asosan sozlanadi. Jarayon parametrlariga quyidagilar kiradi: lazer yadrosi diametri, quvvati, tezligi va defokus miqdorini tanlash. Ushbu maqola asosan turli yadro diametrli lazerlarga qaratilganligini va asosan turli quvvat zichligini o'z ichiga olganligini hisobga olsak, 2-rasmda quvvat zichligining oddiy hisoblash formulasi ko'rsatilgan:
Payvandlash jarayonining assimilyatsiya tezligiga ko'ra lazerli payvandlashning ikkita asosiy turi mavjud, biri issiqlik o'tkazuvchanligi (chuqurlik-kenglik nisbati)<1, laser absorption rate of red light is within 20%, and different wavelengths are different), and the other is deep penetration welding (Aspect ratio > 1, the absorption rate is greater than the absorption rate of the molten pool of the material, more than 60%, mainly due to the multiple reflection and absorption of the laser in the keyhole).
Lazerli issiqlik o'tkazuvchanligini payvandlash:
Turli xil lazer nurlanishi materialning holatida turli xil o'zgarishlarga olib keladi, bu payvandlash jarayonida ikkita odatiy payvandlash usuli sifatida aks etadi: lazerli issiqlik o'tkazuvchanligi va lazerli chuqur penetratsion payvandlash. Issiqlik uzatish jarayoni, payvand choki hosil qilish mexanizmi, jarayonning xarakteristikalari va ikkalasining qo'llanilish doirasi juda farq qiladi.
Lazerli issiqlik o'tkazuvchanligi payvandlash rejimi:
Issiqlik o'tkazuvchanligi bilan payvandlashda ishlov beriladigan qismning yuzasida nurlangan lazer nurlanishi 10E4 ~ 10E6W / sm oralig'ida bo'ladi va lazer energiyasi sirtdagi 10 ~ 100 m yupqa qatlam tomonidan so'riladi. Sirtdagi lazer energiyasi issiqlik o'tkazuvchanligi bilan materialning ichki qismiga uzatiladi va lazerga bevosita tegib bo'lmaydi. Lazer nurlanishining ma'lum davridan so'ng, sirt erish darajasiga etadi va bu erish izotermasi materialga chuqur tarqaladi va sirt harorati ko'tarilishda davom etadi. Ammo eng yuqori faqat materialning qaynash nuqtasiga etib borishi mumkin, harorat qanchalik baland bo'lishidan qat'i nazar, material bug'lanadi va chuqurlarni hosil qiladi, barqaror issiqlik o'tkazuvchanligi payvandlash jarayoni buziladi, erigan hovuz tebranadi va material yondirilgan. Odatda, issiqlik o'tkazuvchanligi payvandlash asosan yupqa plitalarda qo'llaniladi. Bunday holda, bunga chek qo'yish kerak. Lazer nurlari va ishlov beriladigan qismning nisbiy harakati bilan, 3-rasmda ko'rsatilgandek, sayoz va keng payvand choki hosil bo'ladi. Payvand chokining chuqurlik va kenglik nisbati kichik va payvand chokining kengligi odatda. kirish chuqurligidan ikki baravar ko'proq. Quyidagi rasmda odatda lazerli issiqlik o'tkazuvchanligi payvandlash tikuvining tasavvurlar ko'rinishi ko'rsatilgan va payvand chokining shakli taxminan yarim sharsimondir.
Turli yadro diametrli lazerlarni taqqoslash:
(1) Tajribaning tezligi 150 mm / s, fokus pozitsiyasi payvandlangan, material 1 seriyali alyuminiy va qalinligi 2 mm;
(2) Yadro diametri qanchalik katta bo'lsa, termoyadroviy kengligi qanchalik katta bo'lsa, issiqlik ta'sir qiladigan zona qanchalik katta bo'lsa va birlik quvvati zichligi qanchalik kichik bo'lsa. Yadro diametri 200 um dan oshganda, alyuminiy va mis kabi yuqori reaktsiyali qotishmalarda penetratsion chuqurlikka erishish oson emas va undan yuqori quvvat talab qiladi Quvvat chuqur penetratsion payvandlashni amalga oshirishi mumkin;
(3) Kichik yadroli diametrli lazer yuqori quvvat zichligiga ega, yuqori energiya bilan material yuzasida kalit teshiklarini tezda teshib qo'yishi mumkin va kichik issiqlik ta'sir qiladigan zonaga ega, lekin ayni paytda payvand chokining yuzasi qo'pol, past tezlikda payvandlashda kalit teshigining qulashi ehtimoli yuqori va kalit teshigi payvandlash siklida yopiladi Uzoq sikl, nuqsonlar, teshiklar va boshqa nuqsonlarni ishlab chiqarish oson, yuqori tezlikda ishlov berish yoki aylanish yo'li bilan ishlov berish uchun mos;
(4) Katta diametrli lazerlar katta nuqta va ko'proq tarqalgan energiya tufayli lazer sirtini qayta eritish, qoplama, tavlanish va boshqa jarayonlar uchun ko'proq mos keladi.
Yuqori aks ettiruvchi materiallar: alyuminiy, mis, zanglamaydigan po'lat, nikel, molibden va boshqalar;
(1) Yuqori aks ettiruvchi materiallar kichik diametrli lazerni tanlashi kerak. Materialni suyultirilgan yoki bug'langan holatga tezda qizdirish, materialning lazerni yutish tezligini yaxshilash va samarali va tez ishlov berishga erishish uchun yuqori quvvatli zichlikdagi lazer nurlaridan foydalanish. Katta yadro diametriga ega lazerni tanlash oson. Yuqori aks ettirishga olib keladi, virtual payvandlashga olib keladi va hatto lazerni yoqib yuboradi;
Yorilishga sezgir materiallar: nikel, nikel bilan qoplangan mis, alyuminiy, zanglamaydigan po'lat, titanium qotishmasi va boshqalar.
(2) Bunday material odatda issiqlik ta'sir qiladigan zonani qattiq nazorat qilishni talab qiladi va kichik eritilgan hovuzni talab qiladi. Kichik diametrli lazerni tanlash ko'proq mos keladi;
Yuqori tezlikda lazer bilan ishlov berish:
(3) Chuqur penetratsion payvandlash yuqori tezlikda lazerni qayta ishlashni talab qiladi va chiziq energiyasi materialni yuqori tezlikda eritish uchun etarli bo'lishini ta'minlash uchun yuqori energiya zichligi bo'lgan lazerni tanlash kerak, ayniqsa aylanma payvandlash, penetratsion payvandlash va yuqori penetratsion chuqurlikni talab qiladigan boshqa kichik yadrolar. Radial lazerlar ko'proq mos keladi.
Advantages and applications of large core lasers (>100um):
Katta yadro diametri va katta nuqta, katta issiqlik qoplamasi maydoni, keng ta'sir yuzasi va faqat material yuzasida mikro-eritishga erishadi, lazer qoplamasi, lazerni qayta eritish, lazer bilan tavlanish, lazerni qattiqlashtirish va hokazolarda qo'llash uchun juda mos keladi. hududlarda, katta nuqta yuqori mahsuldorlikni va past nuqsonlarni bildiradi (issiqlik o'tkazuvchanligini lehimlash deyarli nuqsonsiz).
Payvandlash nuqtai nazaridan, katta nuqta asosan kichik yadro diametrli lazer bilan birikma qilish uchun ishlatiladigan kompozit payvandlash uchun ishlatiladi: katta nuqta materialning sirtini ozgina eritib, qattiqdan suyuqlikka aylantiradi, bu esa assimilyatsiya tezligini sezilarli darajada yaxshilaydi. materialni lazerga, keyin esa kichik yadrodan foydalanadi, bu jarayonda katta joyni oldindan qizdirish, keyingi ishlov berish va erigan hovuzga berilgan katta harorat gradienti tufayli material yoriqlar nuqsonlariga moyil emas. tez isitish va tez sovutish orqali. Bu payvand chokining ko'rinishini yumshoqroq qilishi va shu bilan birga bitta lazerli eritmaga qaraganda pastroq chayqalishga erishishi mumkin.
