Lazer kaynaksürekli veya darbeli lazer ışınları kullanılarak elde edilebilir. ilkelerilazer kaynakIsı iletimli kaynak ve lazer derin nüfuzlu kaynak olarak ikiye ayrılabilir. Güç yoğunluğu 104~105 W/cm2'den az olduğunda ısı iletimli kaynaktır. Şu anda nüfuz derinliği sığdır ve kaynak hızı yavaştır; Güç yoğunluğu 105~107 W/cm2'den büyük olduğunda, metal yüzey ısı nedeniyle "delikler" halinde içbükey hale gelir ve derin nüfuzlu kaynak oluşturur; hızlı kaynak hızı ve büyük en-boy oranı özelliklerine sahiptir. Isı iletimi prensibilazer kaynakşudur: lazer radyasyonu işlenecek yüzeyi ısıtır ve yüzey ısısı, termal iletim yoluyla iç kısma yayılır. Lazer darbe genişliği, enerji, tepe gücü ve tekrarlama frekansı gibi lazer parametrelerinin kontrol edilmesiyle iş parçası, belirli bir erimiş havuz oluşturacak şekilde eritilir.
Lazer derin nüfuzlu kaynak genellikle malzemelerin bağlantısını tamamlamak için sürekli bir lazer ışını kullanır. Metalurjik fiziksel süreci elektron ışın kaynağına çok benzer, yani enerji dönüşüm mekanizması bir "anahtar deliği" yapısı aracılığıyla tamamlanır.
Yeterince yüksek güç yoğunluğuna sahip lazer ışınımı altında malzeme buharlaşır ve küçük delikler oluşur. Buharla dolu bu küçük delik siyah bir cisim gibidir ve gelen ışının enerjisinin neredeyse tamamını emer. Delikteki denge sıcaklığı yaklaşık 2500 ° C'ye ulaşır°C. Isı, yüksek sıcaklıktaki deliğin dış duvarından aktarılarak deliği çevreleyen metalin erimesine neden olur. Küçük delik, ışının ışınlaması altında duvar malzemesinin sürekli buharlaşmasıyla üretilen yüksek sıcaklıktaki buharla doldurulur. Küçük deliğin duvarları erimiş metalle, sıvı metal ise katı malzemelerle çevrilidir (geleneksel kaynak işlemlerinin çoğunda ve lazer iletimli kaynakta, enerji önce iş parçasının yüzeyinde biriktirilir ve daha sonra transfer yoluyla iç kısma taşınır). ). Delik duvarının dışındaki sıvı akışı ve duvar katmanının yüzey gerilimi, delik boşluğunda sürekli olarak üretilen buhar basıncıyla aynı fazdadır ve dinamik bir denge sağlar. Işık huzmesi sürekli olarak küçük deliğe girer ve küçük deliğin dışındaki malzeme sürekli olarak akar. Işık huzmesi hareket ettikçe küçük delik her zaman kararlı bir akış halindedir.
Yani küçük delik ve delik duvarını çevreleyen erimiş metal, pilot ışının ileri hızıyla birlikte ileri doğru hareket eder. Erimiş metal, küçük delik açıldıktan sonra kalan boşluğu doldurur ve buna göre yoğunlaşır ve kaynak oluşturulur. Bütün bunlar o kadar hızlı gerçekleşir ki kaynak hızları dakikada birkaç metreye kolaylıkla ulaşabilir.
Güç yoğunluğu, termal iletkenlik kaynağı ve derin nüfuzlu kaynağın temel kavramlarını anladıktan sonra, farklı çekirdek çaplarının güç yoğunluğunun ve metalografik fazlarının karşılaştırmalı bir analizini yapacağız.
Piyasadaki yaygın lazer çekirdeği çaplarına dayalı kaynak deneylerinin karşılaştırılması:
Farklı çekirdek çaplarına sahip lazerlerin odak noktası konumunun güç yoğunluğu
Güç yoğunluğu açısından bakıldığında, aynı güç altında çekirdek çapı ne kadar küçük olursa, lazerin parlaklığı o kadar yüksek olur ve enerji o kadar yoğunlaşır. Lazer keskin bir bıçağa benzetilirse, çekirdek çapı ne kadar küçük olursa lazer o kadar keskin olur. 14um çekirdek çaplı lazerin güç yoğunluğu, 100um çekirdek çaplı lazerin güç yoğunluğundan 50 kat daha fazladır ve işleme kapasitesi daha güçlüdür. Aynı zamanda burada hesaplanan güç yoğunluğu sadece basit bir ortalama yoğunluktur. Gerçek enerji dağılımı yaklaşık bir Gauss dağılımıdır ve merkezi enerji ortalama güç yoğunluğunun birkaç katı olacaktır.
Farklı çekirdek çaplarına sahip lazer enerjisi dağılımının şematik diyagramı
Enerji dağıtım diyagramının rengi enerji dağılımıdır. Renk ne kadar kırmızı olursa enerji de o kadar yüksek olur. Kırmızı enerji, enerjinin yoğunlaştığı yerdir. Farklı çekirdek çaplarına sahip lazer ışınlarının lazer enerjisi dağılımına bakıldığında, lazer ışınının ön kısmının keskin olmadığı, lazer ışınının keskin olduğu görülmektedir. Enerji bir noktada ne kadar küçükse, o kadar konsantre olur, o kadar keskin olur ve nüfuz etme yeteneği o kadar güçlü olur.
Farklı çekirdek çaplarına sahip lazerlerin kaynak etkilerinin karşılaştırılması
Farklı çekirdek çaplarına sahip lazerlerin karşılaştırılması:
(1) Deneyde 150 mm/s'lik bir hız, odak konumu kaynağı kullanılır ve malzeme 2 mm kalınlığında 1 serisi alüminyumdur;
(2) Çekirdek çapı ne kadar büyük olursa, erime genişliği de o kadar büyük olur, ısıdan etkilenen bölge o kadar büyük olur ve birim güç yoğunluğu o kadar küçük olur. Çekirdek çapı 200um'u aştığında, alüminyum ve bakır gibi yüksek reaksiyonlu alaşımlarda nüfuz derinliği elde etmek kolay değildir ve daha yüksek Derin nüfuzlu kaynak ancak yüksek güçle elde edilebilir;
(3) Küçük çekirdekli lazerler yüksek güç yoğunluğuna sahiptir ve yüksek enerjiye ve küçük ısıdan etkilenen bölgelere sahip malzemelerin yüzeyinde hızlı bir şekilde anahtar delikleri açabilir. Ancak aynı zamanda kaynağın yüzeyi pürüzlüdür ve düşük hızlı kaynak sırasında anahtar deliği çökme olasılığı yüksektir ve kaynak döngüsü sırasında anahtar deliği kapalıdır. Döngü uzundur ve kusurlar ve gözenekler gibi kusurların meydana gelmesi muhtemeldir. Yüksek hızlı işleme veya salınım yörüngeli işleme için uygundur;
(4) Büyük çekirdek çaplı lazerler daha büyük ışık noktalarına ve daha fazla dağılmış enerjiye sahiptir, bu da onları lazerle yüzey yeniden eritme, kaplama, tavlama ve diğer işlemler için daha uygun hale getirir.
Gönderim zamanı: Ekim-06-2023
