Comparació dels efectes de soldadura de làsers amb diferents diàmetres de nucli
El processament làser de materials metàl·lics és principalment un processament tèrmic basat en l'efecte fototèrmic. Quan el làser irradia la superfície del material, la superfície del material patirà diversos canvis sota diferents densitats de potència. Aquests canvis inclouen l'augment de la temperatura superficial, la fusió, la vaporització, la formació de forats de pany i la generació de fotoplasma. A més, el canvi de l'estat físic de la regió superficial del material afecta molt l'absorció de la llum làser del material. En termes generals, com més alta sigui la temperatura, més gran serà la taxa d'absorció de llum làser del material. Amb l'augment de la densitat de potència i el temps d'acció, el material metàl·lic experimentarà els següents canvis d'estat físic, tal com es mostra a la figura 1 [1].
Hi ha dos nuclis de soldadura làser: transferència de calor i conducció de calor. La transferència de calor està relacionada amb la font de calor, la densitat de potència i l'energia de la línia; Flux d'aire per ajustar. En el procés de soldadura, la font de calor, la densitat de potència i l'energia de la línia s'ajusten principalment. Els paràmetres del procés implicats inclouen: la selecció del diàmetre del nucli làser, la potència, la velocitat i la quantitat de desenfocament. Tenint en compte que aquest article se centra principalment en làsers amb diferents diàmetres de nucli i implica principalment diferents densitats de potència, la figura 2 mostra la fórmula de càlcul simple de la densitat de potència:
Hi ha dos tipus principals de soldadura làser segons la taxa d'absorció del procés de soldadura, un és la soldadura per conducció de calor (relació profunditat-amplada<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).
Soldadura per conducció de calor per làser:
Una irradiància làser diferent provocarà diferents canvis en l'estat del material, que es reflecteix en el procés de soldadura com a dos modes de soldadura típics: soldadura per conducció de calor làser i soldadura làser de penetració profunda. El procés de transferència de calor, el mecanisme de formació de soldadura, les característiques del procés i el rang d'aplicació dels dos són molt diferents.
Mode de soldadura per conducció de calor làser:
Durant la soldadura per conducció de calor, la irradiància làser irradiada a la superfície de la peça es troba en el rang de 10E4 ~ 10E6W/cm, i l'energia làser és absorbida per la capa fina de 10 ~ 100 m a la superfície. L'energia làser a la superfície es transmet a l'interior del material per conducció de calor i el làser no es pot tocar directament. Després d'un cert període d'irradiació làser, la superfície arriba a la fusió, i aquesta isoterma de fusió es propaga profundament al material i la temperatura de la superfície continua augmentant. Però el més alt només pot arribar al punt d'ebullició del material, per molt alta que sigui la temperatura, el material es vaporitzarà i formarà fosses, el procés de soldadura de conducció de calor estable es destruirà, la piscina fosa oscil·larà i el material serà cremat. En general, la soldadura per conducció de calor s'utilitza principalment en plaques primes. En aquest cas, cal posar-hi fi. Amb el moviment relatiu del feix làser i la peça de treball, es forma una costura de soldadura poc profunda i ampla, tal com es mostra a la figura 3. La relació profunditat-amplada de la costura de soldadura és petita i l'amplada de la costura de soldadura és generalment més del doble de la profunditat de penetració. La figura següent mostra l'aspecte transversal d'una costura de soldadura per conducció de calor làser típica, i la forma de la costura de soldadura és aproximadament hemisfèrica.
Comparació de diferents làsers de diàmetre del nucli:
(1) La velocitat de l'experiment és de 150 mm/s, la posició de focus està soldada, el material és d'alumini de sèrie 1 i el gruix és de 2 mm;
(2) Com més gran és el diàmetre del nucli, més gran és l'amplada de fusió, més gran és la zona afectada per la calor i menor és la densitat de potència de la unitat. Quan el diàmetre del nucli supera els 200um, no és fàcil aconseguir la profunditat de penetració en aliatges d'alta reacció com l'alumini i el coure, i requereix una potència més gran per aconseguir una soldadura de penetració profunda;
(3) El làser de diàmetre petit del nucli té una alta densitat de potència, pot perforar ràpidament els forats a la superfície del material amb gran energia i té una petita zona afectada per la calor, però al mateix temps la superfície de la soldadura és rugosa, el la probabilitat de col·lapse del forat de la clau és alta durant la soldadura a baixa velocitat, i el forat de la clau es tanca durant el cicle de soldadura Cicle llarg, fàcil de produir defectes, porus i altres defectes, adequat per a processament o processament d'alta velocitat amb pista oscil·lant;
(4) Els làsers de gran diàmetre són més adequats per a la refusió de superfícies làser, el revestiment, el recuit i altres processos a causa de la seva gran taca i la seva energia més dispersa.
Materials d'alta reflexió: alumini, coure, acer inoxidable, níquel, molibdè, etc.;
(1) Els materials d'alta reflexió han de triar un làser de diàmetre petit. Utilitzant un feix làser d'alta densitat de potència per escalfar ràpidament el material fins a un estat liquat o vaporitzat, millorar la taxa d'absorció del làser del material i aconseguir un processament eficient i ràpid. És fàcil triar un làser amb un gran diàmetre de nucli. Condueix a una alta reflexió, condueix a una soldadura virtual i fins i tot crema el làser;
Materials sensibles a les esquerdes: níquel, coure niquelat, alumini, acer inoxidable, aliatge de titani, etc.
(2) Aquest tipus de material generalment requereix un control estricte de la zona afectada per la calor i requereix una petita piscina fosa. És més adequat triar un làser de petit diàmetre;
Processament làser d'alta velocitat:
(3) La soldadura de penetració profunda requereix un processament làser d'alta velocitat, i és necessari seleccionar un làser amb alta densitat d'energia per garantir que l'energia de la línia sigui suficient per fondre el material a gran velocitat, especialment per a la soldadura per volta, la soldadura per penetració i altres petits nuclis que requereixen una gran profunditat de penetració. Els làsers radials són més adequats.
Advantages and applications of large core lasers (>100um):
Gran diàmetre del nucli i gran taca, gran àrea de cobertura tèrmica, àmplia superfície d'acció, i només aconsegueix micro-fusió a la superfície del material, molt adequat per a aplicacions en revestiment làser, refusió làser, recuit làser, enduriment làser, etc. zones, un punt gran significa una major productivitat i menors defectes (la soldadura per conducció de calor està gairebé lliure de defectes).
Pel que fa a la soldadura, el punt gran s'utilitza principalment per a la soldadura composta, que s'utilitza per combinar amb làser de diàmetre de nucli petit: el punt gran fa que la superfície del material es fongui lleugerament, transformant-se de sòlid a líquid, la qual cosa millora molt la taxa d'absorció. del material al làser i, a continuació, utilitza un nucli petit En aquest procés, a causa del preescalfament del punt gran, el postprocessament i el gran gradient de temperatura donat a la piscina fosa, el material no és propens a defectes causats per esquerdes. per escalfament ràpid i refredament ràpid. Pot fer que l'aspecte de la soldadura sigui més suau i, al mateix temps, aconseguir menys esquitxades que la solució làser única.
