Perbandingan kesan kimpalan laser dengan diameter teras yang berbeza
Pemprosesan laser bahan logam terutamanya pemprosesan haba berdasarkan kesan fototerma. Apabila laser menyinari permukaan bahan, luas permukaan bahan akan mengalami pelbagai perubahan di bawah ketumpatan kuasa yang berbeza. Perubahan ini termasuk peningkatan suhu permukaan, pencairan, pengewapan, pembentukan lubang kunci, dan penjanaan fotoplasma. Selain itu, perubahan keadaan fizikal kawasan permukaan bahan sangat mempengaruhi penyerapan cahaya laser bahan. Secara umumnya, semakin tinggi suhu, semakin tinggi kadar penyerapan cahaya laser bahan. Dengan peningkatan ketumpatan kuasa dan masa tindakan, bahan logam akan mengalami perubahan keadaan fizikal berikut, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1 [1].
Terdapat dua teras kimpalan laser: pemindahan haba dan pengaliran haba. Pemindahan haba berkaitan dengan sumber haba, ketumpatan kuasa dan tenaga talian; Aliran udara untuk diperhalusi. Dalam proses kimpalan, sumber haba, ketumpatan kuasa, dan tenaga talian terutamanya diselaraskan. Parameter proses yang terlibat termasuk: pemilihan diameter teras laser, kuasa, kelajuan, dan jumlah nyahfokus. Memandangkan artikel ini tertumpu terutamanya pada laser dengan diameter teras yang berbeza dan terutamanya melibatkan ketumpatan kuasa yang berbeza, Rajah 2 menunjukkan formula pengiraan mudah bagi ketumpatan kuasa:
Terdapat dua jenis utama kimpalan laser mengikut kadar penyerapan proses kimpalan, satu ialah kimpalan pengaliran haba (nisbah kedalaman lebar).<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).
Kimpalan pengaliran haba laser:
Sinaran laser yang berbeza akan menyebabkan perubahan yang berbeza dalam keadaan bahan, yang dicerminkan dalam proses kimpalan sebagai dua mod kimpalan biasa: kimpalan pengaliran haba laser dan kimpalan penembusan dalam laser. Proses pemindahan haba, mekanisme pembentukan kimpalan, ciri-ciri proses dan julat aplikasi kedua-duanya sangat berbeza.
Mod kimpalan pengaliran haba laser:
Semasa kimpalan pengaliran haba, sinaran laser yang disinari pada permukaan bahan kerja adalah dalam julat 10E4~10E6W/cm, dan tenaga laser diserap oleh lapisan nipis 10~100m pada permukaan. Tenaga laser pada permukaan dihantar ke bahagian dalam bahan melalui pengaliran haba, dan laser tidak boleh disentuh secara langsung. Selepas tempoh tertentu penyinaran laser, permukaan mencapai lebur, dan isoterma lebur ini merambat jauh ke dalam bahan, dan suhu permukaan terus meningkat. Tetapi yang paling tinggi hanya boleh mencapai takat didih bahan, tidak kira berapa tinggi suhu, bahan akan mengewap dan membentuk lubang, proses kimpalan pengaliran haba yang stabil akan musnah, kolam lebur akan berayun, dan bahan akan menjadi. dibakar. Secara amnya, kimpalan pengaliran haba kebanyakannya digunakan dalam plat nipis. Dalam kes ini Perlu menamatkannya. Dengan pergerakan relatif pancaran laser dan bahan kerja, jahitan kimpalan cetek dan lebar terbentuk, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Nisbah kedalaman-ke-lebar jahitan kimpalan adalah kecil, dan lebar jahitan kimpalan secara amnya. lebih daripada dua kali ganda kedalaman penembusan. Rajah di bawah menunjukkan rupa keratan rentas jahitan kimpalan pengaliran haba laser biasa, dan bentuk jahitan kimpalan adalah lebih kurang hemisfera.
Perbandingan laser diameter teras yang berbeza:
(1) Kelajuan eksperimen ialah 150mm/s, kedudukan fokus dikimpal, bahannya ialah 1 siri aluminium, dan ketebalannya ialah 2mm;
(2) Lebih besar diameter teras, lebih besar lebar gabungan, lebih besar zon terjejas haba, dan lebih kecil ketumpatan kuasa unit. Apabila diameter teras melebihi 200um, tidak mudah untuk mencapai kedalaman penembusan pada aloi tindak balas tinggi seperti aluminium dan tembaga, dan memerlukan Kuasa yang lebih tinggi boleh mencapai kimpalan penembusan dalam;
(3) Laser diameter teras kecil mempunyai ketumpatan kuasa tinggi, boleh dengan cepat menumbuk lubang kunci pada permukaan bahan dengan tenaga yang tinggi, dan mempunyai zon yang terjejas haba yang kecil, tetapi pada masa yang sama permukaan kimpalan adalah kasar, kebarangkalian lubang kunci runtuh adalah tinggi semasa kimpalan berkelajuan rendah, dan lubang kunci ditutup semasa kitaran kimpalan Kitaran panjang, mudah menghasilkan kecacatan, liang dan kecacatan lain, sesuai untuk pemprosesan atau pemprosesan berkelajuan tinggi dengan trek ayunan;
(4) Laser berdiameter besar lebih sesuai untuk pencairan semula permukaan laser, pelapisan, penyepuhlindapan dan proses lain kerana tempatnya yang besar dan tenaga yang lebih tersebar.
Bahan reflektif tinggi: aluminium, tembaga, keluli tahan karat, nikel, molibdenum, dll.;
(1) Bahan reflektif tinggi perlu memilih laser berdiameter kecil. Menggunakan pancaran laser berketumpatan kuasa tinggi untuk memanaskan bahan dengan cepat kepada keadaan cair atau mengewap, meningkatkan kadar penyerapan laser bahan, dan mencapai pemprosesan yang cekap dan pantas. Ia adalah mudah untuk memilih laser dengan diameter teras yang besar. Membawa kepada pantulan tinggi, membawa kepada kimpalan maya, dan juga membakar laser;
Bahan sensitif retak: nikel, tembaga bersalut nikel, aluminium, keluli tahan karat, aloi titanium, dsb.
(2) Bahan jenis ini secara amnya memerlukan kawalan ketat ke atas zon terjejas haba dan memerlukan kolam lebur kecil. Adalah lebih sesuai untuk memilih laser berdiameter kecil;
Pemprosesan laser berkelajuan tinggi:
(3) Kimpalan penembusan dalam memerlukan pemprosesan laser berkelajuan tinggi, dan perlu memilih laser dengan ketumpatan tenaga tinggi untuk memastikan tenaga talian mencukupi untuk mencairkan bahan pada kelajuan tinggi, terutamanya untuk kimpalan pusingan, kimpalan penembusan, dan teras kecil lain yang memerlukan kedalaman penembusan yang tinggi. Laser jejari lebih sesuai.
Advantages and applications of large core lasers (>100um):
Diameter teras yang besar dan bintik besar, kawasan liputan haba yang besar, permukaan tindakan yang luas, dan hanya mencapai peleburan mikro pada permukaan bahan, sangat sesuai untuk aplikasi dalam pelapisan laser, pencairan semula laser, penyepuhlindapan laser, pengerasan laser, dll. Dalam ini kawasan, tempat yang besar bermakna produktiviti yang lebih tinggi dan kecacatan yang lebih rendah (pematerian pengaliran haba hampir tanpa kecacatan).
Dari segi kimpalan, tempat besar digunakan terutamanya untuk kimpalan komposit, yang digunakan untuk pengkompaunan dengan laser diameter teras kecil: tempat yang besar menjadikan permukaan bahan cair sedikit, berubah daripada pepejal kepada cecair, yang sangat meningkatkan kadar penyerapan. daripada bahan kepada laser, dan kemudian menggunakan teras kecil Dalam proses ini, disebabkan oleh pemanasan awal tempat besar, pasca pemprosesan, dan kecerunan suhu yang besar diberikan kepada kolam lebur, bahan tidak terdedah kepada kecacatan retak yang disebabkan dengan pemanasan cepat dan penyejukan pantas. Ia boleh menjadikan penampilan kimpalan lebih licin, dan pada masa yang sama mencapai percikan yang lebih rendah daripada penyelesaian laser tunggal.
