مقایسه اثرات جوشکاری لیزرها با قطرهای مختلف هسته

مقایسه اثرات جوشکاری لیزرها با قطرهای مختلف هسته

پردازش لیزری مواد فلزی عمدتاً پردازش حرارتی بر اساس اثر فتوترمال است. هنگامی که لیزر به سطح ماده تابش می کند، سطح مواد تحت چگالی توان متفاوت، دستخوش تغییرات مختلفی می شود. این تغییرات شامل افزایش دمای سطح، ذوب، تبخیر، تشکیل سوراخ کلید و تولید فوتوپلاسما است. علاوه بر این، تغییر وضعیت فیزیکی منطقه سطح مواد به میزان زیادی بر جذب نور لیزر مواد تأثیر می گذارد. به طور کلی، هر چه دما بالاتر باشد، میزان جذب نور لیزر در ماده بیشتر می شود. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، با افزایش چگالی توان و زمان عمل، ماده فلزی دچار تغییرات حالت فیزیکی زیر می شود.

دو هسته جوش لیزری وجود دارد: انتقال حرارت و هدایت حرارت. انتقال حرارت به منبع گرما، چگالی توان و انرژی خط مربوط می شود. جریان هوا برای تنظیم دقیق در فرآیند جوشکاری، منبع حرارت، چگالی توان و انرژی خط به طور عمده تنظیم می شود. پارامترهای فرآیند درگیر عبارتند از: انتخاب قطر هسته لیزر، قدرت، سرعت و مقدار فوکوس. با توجه به اینکه این مقاله عمدتاً بر روی لیزرهایی با قطر هسته های مختلف تمرکز دارد و عمدتاً شامل چگالی توان متفاوت است، شکل 2 فرمول ساده محاسبه چگالی توان را نشان می دهد:

دو نوع اصلی جوشکاری لیزری با توجه به میزان جذب فرآیند جوشکاری وجود دارد، یکی جوشکاری رسانش حرارتی (نسبت عمق به عرض)<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).

جوشکاری رسانش حرارتی با لیزر:

تابش لیزر متفاوت باعث تغییرات متفاوتی در حالت مواد می شود که در فرآیند جوشکاری به عنوان دو حالت جوشکاری معمولی منعکس می شود: جوشکاری رسانش حرارتی لیزری و جوشکاری با نفوذ عمیق لیزری. فرآیند انتقال حرارت، مکانیسم تشکیل جوش، ویژگی های فرآیند و محدوده کاربرد این دو بسیار متفاوت است.

حالت جوشکاری هدایت حرارتی لیزری:

در حین جوشکاری رسانش گرما، تابش لیزر تابش شده بر روی سطح قطعه کار در محدوده 10E4 ~ 10E6W/cm است و انرژی لیزر توسط لایه نازک 10 ~ 100 متر روی سطح جذب می شود. انرژی لیزر روی سطح از طریق رسانش گرما به داخل ماده منتقل می شود و لیزر مستقیماً قابل لمس نیست. پس از مدت معینی از تابش لیزر، سطح به ذوب می‌رسد و این ایزوترم ذوب در اعماق مواد منتشر می‌شود و دمای سطح همچنان افزایش می‌یابد. اما بالاترین تنها می تواند به نقطه جوش ماده برسد، مهم نیست که چقدر دما بالا باشد، مواد تبخیر می شوند و حفره هایی تشکیل می دهند، فرآیند جوشکاری پایدار با هدایت گرما از بین می رود، حوضچه مذاب نوسان می کند و مواد تبدیل می شوند. سوخته به طور کلی جوشکاری رسانش حرارتی بیشتر در صفحات نازک استفاده می شود. در این مورد نیاز به پایان دادن به آن. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است با حرکت نسبی پرتو لیزر و قطعه کار، درز جوش کم عمق و عریض تشکیل می شود. نسبت عمق به عرض درز جوش کوچک است و عرض درز جوش به طور کلی است. بیش از دو برابر عمق نفوذ شکل زیر شکل مقطعی یک درز جوشکاری رسانش حرارتی لیزری معمولی را نشان می‌دهد و شکل درز جوش تقریباً نیم‌کره است.

مقایسه لیزرهای مختلف با قطر هسته:

(1) سرعت آزمایش 150 میلی متر در ثانیه است، موقعیت فوکوس جوش داده شده است، مواد از آلومینیوم سری 1 و ضخامت 2 میلی متر است.

(2) هرچه قطر هسته بزرگتر باشد، عرض همجوشی بزرگتر، ناحیه تحت تأثیر حرارت بزرگتر و چگالی توان واحد کوچکتر است. هنگامی که قطر هسته از 200 میلی متر تجاوز می کند، دستیابی به عمق نفوذ در آلیاژهای با واکنش بالا مانند آلومینیوم و مس آسان نیست و به قدرت بالاتری نیاز دارد تا بتوان به جوشکاری با نفوذ عمیق دست یافت.

(3) لیزر با قطر هسته کوچک چگالی توان بالایی دارد، می تواند به سرعت سوراخ های کلید را روی سطح مواد با انرژی بالا سوراخ کند، و دارای یک منطقه کوچک متاثر از حرارت است، اما در عین حال سطح جوش ناهموار است، احتمال فروپاشی سوراخ کلید در طول جوشکاری با سرعت کم زیاد است و سوراخ کلید در طول چرخه جوشکاری بسته می شود چرخه طولانی، آسان برای تولید نقص، منافذ و سایر عیوب، مناسب برای پردازش یا پردازش با سرعت بالا با مسیر نوسان.

(4) لیزرهای با قطر بزرگ به دلیل لکه بزرگ و انرژی پراکنده بیشتر برای ذوب مجدد سطح لیزر، روکش، بازپخت و سایر فرآیندها مناسب تر هستند.

مواد بازتابی بالا: آلومینیوم، مس، فولاد ضد زنگ، نیکل، مولیبدن و غیره؛

(1) مواد با بازتاب بالا نیاز به انتخاب لیزر با قطر کوچک دارند. استفاده از پرتو لیزر با چگالی بالا برای گرم کردن سریع مواد به حالت مایع یا تبخیر، بهبود نرخ جذب لیزری مواد و دستیابی به پردازش کارآمد و سریع. انتخاب یک لیزر با قطر هسته بزرگ آسان است. منجر به بازتاب زیاد، منجر به جوشکاری مجازی و حتی سوزاندن لیزر شود.

مواد حساس به ترک: نیکل، مس نیکل اندود، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، آلیاژ تیتانیوم و غیره.

(2) این نوع مواد به طور کلی نیاز به کنترل دقیق منطقه تحت تأثیر حرارت دارد و به یک حوضچه مذاب کوچک نیاز دارد. انتخاب لیزر با قطر کوچک مناسب تر است.

پردازش لیزری با سرعت بالا:

(3) جوشکاری با نفوذ عمیق نیاز به پردازش لیزری با سرعت بالا دارد و لازم است لیزری با چگالی انرژی بالا انتخاب شود تا اطمینان حاصل شود که انرژی خط برای ذوب مواد در سرعت بالا کافی است، به ویژه برای جوشکاری لبه، جوشکاری نفوذی و هسته های کوچک دیگری که به عمق نفوذ بالایی نیاز دارند. لیزرهای شعاعی مناسب ترند.

Advantages and applications of large core lasers (>100 میلی متر):

قطر هسته بزرگ و نقطه بزرگ، منطقه پوشش حرارتی بزرگ، سطح عمل گسترده، و فقط به ذوب میکرو بر روی سطح مواد، بسیار مناسب برای کاربرد در روکش لیزری، ذوب مجدد لیزر، آنیل لیزری، سخت شدن لیزر و غیره. یک نقطه بزرگ به معنای بهره وری بالاتر و نقص کمتر است (لحیم کاری رسانش گرما تقریباً بدون نقص است).

از نظر جوشکاری، نقطه بزرگ عمدتاً برای جوشکاری کامپوزیت استفاده می شود که برای ترکیب با لیزر با هسته کوچک استفاده می شود: نقطه بزرگ باعث می شود سطح ماده کمی ذوب شود و از جامد به مایع تبدیل شود، که سرعت جذب را بسیار بهبود می بخشد. از مواد به لیزر می رسد و سپس از هسته کوچکی استفاده می کند. در این فرآیند به دلیل پیش گرم شدن نقطه بزرگ، پس از پردازش و گرادیان دمایی زیاد که به حوضچه مذاب داده می شود، مواد مستعد ترک خوردگی عیوب ناشی از آن نیستند. با گرمایش سریع و سرمایش سریع. این می تواند ظاهر جوش را صاف تر کند و در عین حال به پاشش کمتری نسبت به محلول تک لیزری برسد.