Ласерско заваривањеможе се постићи коришћењем континуираних или пулсирајућих ласерских зрака. Принципиласерско заваривањеМоже се поделити на топлотно проводљиво заваривање и ласерско дубоко продорно заваривање. Када је густина снаге мања од 104~105 W/cm2, то је топлотно проводљиво заваривање. У овом случају, дубина продирања је плитка, а брзина заваривања мала; када је густина снаге већа од 105~107 W/cm2, метална површина је конкавна у „рупе“ због топлоте, формирајући дубоко продорно заваривање, 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 се дифузује у унутрашњост путем топлотне проводљивости. Контролисањем параметара ласера као што су ширина ласерског импулса, енергија, вршна снага и фреквенција понављања, радни предмет се топи и формира специфичан растопљени базен.
Ласерско дубоко продирање заваривања генерално користи континуирани ласерски зрак за завршетак спајања материјала. Његов металуршки физички процес је веома сличан процесу заваривања електронским зраком, односно механизам конверзије енергије се завршава кроз структуру „кључаонице“.
Под ласерским зрачењем довољно високе густине снаге, материјал испарава и формирају се мале рупе. Ова мала рупа испуњена паром је попут црног тела, апсорбујући скоро сву енергију упадног зрака. Равнотежна температура у рупи достиже око 2500°C. Топлота се преноси са спољашњег зида отвора високе температуре, узрокујући топљење метала око отвора. Мали отвор је испуњен паром високе температуре која се ствара континуираним испаравањем материјала зида под зрачењем снопа. Зидови малог отвора су окружени растопљеним металом, а течни метал је окружен чврстим материјалима (у већини конвенционалних процеса заваривања и ласерског кондукционог заваривања, енергија се прво таложи на површини радног предмета, а затим се преноси у унутрашњост). Проток течности изван зида отвора и површински напон слоја зида су у фази са континуирано генерисаним притиском паре у шупљини отвора и одржавају динамичку равнотежу. Светлосни сноп континуирано улази у мали отвор, а материјал изван малог отвора континуирано тече. Како се светлосни сноп креће, мали отвор је увек у стабилном стању протока.
То јест, мали отвор и растопљени метал који окружује зид отвора крећу се напред брзином пилотског зрака. Растопљени метал испуњава празнину која остаје након што се мали отвор уклони и сходно томе се кондензује, а завар се формира. Све се ово дешава тако брзо да брзине заваривања могу лако достићи неколико метара у минути.
Након разумевања основних концепата густине снаге, заваривања топлотном проводљивошћу и заваривања дубоким продирањем, затим ћемо спровести упоредну анализу густине снаге и металографских фаза различитих пречника језгра.
Поређење експеримената заваривања на основу уобичајених пречника ласерског језгра на тржишту:
Густина снаге положаја фокалне тачке ласера са различитим пречницима језгра
Са становишта густине снаге, под истом снагом, што је мањи пречник језгра, то је већи сјај 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 14μm је више од 50 пута већа од густине снаге ласера са пречником језгра од 100μm, а капацитет обраде је јачи. Истовремено, густина снаге израчуната овде 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 представља расподелу енергије. Што је црвенија боја, то је енергија већа. Црвена енергија представља место где је енергија концентрисана. Кроз расподелу ласерске енергије ласерских зрака са различитим пречницима језгра, може се видети да фронт ласерског зрака није оштар, а ласерски зрак је оштар. Што је мањи, енергија је концентрисанија на једној тачки, то је оштрија и јача њена продорна способност.
Поређење ефеката заваривања ласера са различитим пречницима језгра
Поређење ласера са различитим пречницима језгра:
(1) Експеримент користи брзину од 150 мм/с, заваривање у фокусном положају, а материјал је алуминијум серије 1, дебљине 2 мм;
(2) Што је већи пречник језгра, већа је ширина топљења, већа је зона утицаја топлоте и мања је јединична густина снаге. Када пречник језгра прелази 200μm, није лако постићи дубину продирања у легуре високе реакције као што су алуминијум и бакар, а веће дубоко продирање заваривања може се постићи само великом снагом;
(3) Ласери са малим језгром имају високу густину снаге и могу брзо да пробуше кључаонице на површини материјала са високом енергијом и малим зонама под утицајем топлоте. Међутим, истовремено, површина завара је храпава, а вероватноћа урушавања кључаонице је велика током заваривања малом брзином, а кључаоница се затвара током циклуса заваривања. Циклус је дуг и склони су појави оштећења попут оштећења и пора. Погодан је за обраду великом брзином или обраду са путањом замаха;
(4) Ласери са великим пречником језгра имају веће светлосне тачке и више распршене енергије, што их чини погоднијим за ласерско претапање површине, облагање, жарење и друге процесе.
Време објаве: 06.10.2023.
