Ласерско заваривањеможе се постићи коришћењем континуираних или импулсних ласерских зрака. Принципи одласерско заваривањеможе се поделити на заваривање проводљивошћу топлоте и заваривање са дубоким продором ласера. Када је густина снаге мања од 104~105 В/цм2, то је заваривање топлотне проводљивости. У овом тренутку, дубина продирања је плитка и брзина заваривања је спора; када је густина снаге већа од 105~107 В/цм2, метална површина је конкавна у „рупе“ због топлоте, формирајући заваривање дубоког продора, које има карактеристике велике брзине заваривања и великог односа ширине и висине. Принцип топлотне проводљивостиласерско заваривањеје: ласерско зрачење загрева површину која се обрађује, а површинска топлота дифундује у унутрашњост кроз топлотну проводљивост. Контролом ласерских параметара као што су ширина ласерског импулса, енергија, вршна снага и фреквенција понављања, радни комад се топи да би се формирао специфичан растопљени базен.
Ласерско заваривање дубоког продирања генерално користи континуирани ласерски сноп за завршетак повезивања материјала. Његов металуршки физички процес је веома сличан оном код заваривања електронским снопом, то јест, механизам конверзије енергије је завршен кроз структуру „кључна рупа“.
Под ласерским зрачењем са довољно великом густином снаге, материјал испарава и формирају се мале рупе. Ова мала рупа испуњена паром је попут црног тела које апсорбује скоро сву енергију упадног зрака. Температура равнотеже у рупи достиже око 2500°Ц. Топлота се преноси са спољашњег зида високотемпературне рупе, узрокујући топљење метала који окружује рупу. Мала рупа је испуњена паром високе температуре која настаје континуираним испаравањем материјала зида под зрачењем зрака. Зидови мале рупе су окружени растопљеним металом, а течни метал је окружен чврстим материјалима (у већини конвенционалних процеса заваривања и ласерског проводљивог заваривања, енергија се прво одлаже на површину радног предмета, а затим преноси у унутрашњост ). Проток течности изван зида рупе и површински напон слоја зида су у фази са континуирано генерисаним притиском паре у шупљини рупе и одржавају динамичку равнотежу. Светлосни сноп непрекидно улази у малу рупу, а материјал изван мале рупе непрекидно тече. Како се светлосни сноп креће, мала рупа је увек у стабилном стању протока.
Односно, мала рупа и растопљени метал који окружује зид рупе крећу се напред брзином пилот зрака. Истопљени метал испуњава празнину која је остала након уклањања мале рупе и кондензује се у складу са тим, и формира се завар. Све се ово дешава тако брзо да брзине заваривања лако могу достићи неколико метара у минути.
Након разумевања основних појмова густине снаге, заваривања топлотне проводљивости и заваривања са дубоким продором, извршићемо упоредну анализу густине снаге и металографских фаза различитих пречника језгра.
Поређење експеримената заваривања на основу уобичајених пречника ласерског језгра на тржишту:
Густина снаге положаја фокусне тачке ласера са различитим пречникима језгра
Из перспективе густине снаге, под истом снагом, што је мањи пречник језгра, већа је светлост ласера и концентрисанија енергија. Ако се ласер упореди са оштрим ножем, што је мањи пречник језгра, то је ласер оштрији. Густина снаге ласера са пречником језгра од 14ум је више од 50 пута већа од ласера са пречником језгра од 100ум, а способност обраде је јача. Истовремено, овде израчуната густина снаге је само једноставна просечна густина. Стварна расподела енергије је приближна Гаусова расподела, а централна енергија ће бити неколико пута већа од просечне густине снаге.
Шематски дијаграм расподеле ласерске енергије са различитим пречницима језгра
Боја дијаграма расподеле енергије је дистрибуција енергије. Што је црвена боја, то је већа енергија. Црвена енергија је место где је енергија концентрисана. Кроз дистрибуцију ласерске енергије ласерских зрака са различитим пречникима језгра, може се видети да предња страна ласерског зрака није оштра, а ласерски сноп оштар. Што је мања, што је енергија концентрисанија на једној тачки, то је оштрија и јача је њена продорна способност.
Поређење ефеката заваривања ласера са различитим пречникима језгра
Поређење ласера са различитим пречникима језгра:
(1) Експеримент користи брзину од 150 мм/с, заваривање положаја фокуса, а материјал је алуминијум серије 1, дебљине 2 мм;
(2) Што је већи пречник језгра, већа је ширина топљења, већа је зона топлотног утицаја и мања је густина снаге јединице. Када пречник језгра прелази 200ум, није лако постићи дубину продирања на легурама високе реакције као што су алуминијум и бакар, а веће заваривање дубоког продирања може се постићи само са великом снагом;
(3) Ласери са малим језгром имају велику густину снаге и могу брзо да пробуше кључаонице на површини материјала са високом енергијом и малим зонама погођеним топлотом. Међутим, у исто време, површина завара је храпава, а вероватноћа колапса кључаонице је велика током заваривања малом брзином, а кључаоница је затворена током циклуса заваривања. Циклус је дуг, а дефекти као што су дефекти и поре су склони настанку. Погодан је за обраду великом брзином или обраду са путањом замаха;
(4) Ласери великог пречника језгра имају веће светлосне тачке и више распршене енергије, што их чини погоднијим за ласерско површинско претапање, облагање, жарење и друге процесе.
Време поста: 06.10.2023
