Perbandingan Kesan Kimpalan Laser Diameter Teras Berbeza

Pemprosesan laser bahan logam terutamanya berdasarkan pemprosesan haba kesan fototerma. Apabila laser menyinari permukaan bahan, pelbagai perubahan berbeza akan berlaku di kawasan permukaan bahan di bawah ketumpatan kuasa yang berbeza. Perubahan ini termasuk peningkatan suhu permukaan, pencairan, pengewapan, pembentukan lubang kunci dan penjanaan plasma yang disebabkan oleh foto. Selain itu, perubahan dalam keadaan fizikal kawasan permukaan bahan sangat mempengaruhi penyerapan laser oleh bahan. Secara umum, semakin tinggi suhu, semakin tinggi kadar penyerapan bahan ke laser. Dengan peningkatan ketumpatan kuasa dan masa tindakan, bahan logam akan mengalami perubahan berikut dalam keadaan fizikal.

Teras kimpalan laser adalah dua: pemindahan haba dan pengaliran haba. Pemindahan haba berkaitan dengan sumber haba, ketumpatan kuasa dan tenaga talian. Pengaliran haba terutamanya berkaitan dengan pelesapan haba dan kelajuan pemindahan haba bahan, yang tergolong dalam sifat-sifat sedia ada bahan, dan secara amnya boleh diperhalusi oleh lekapan penyejuk air dan aliran gas pelindung. Dalam proses kimpalan, sumber haba, ketumpatan kuasa dan tenaga talian terutamanya diselaraskan. Parameter proses yang terlibat adalah: diameter teras laser, kuasa, kelajuan, nyahfokus dan sebagainya.

Terdapat dua jenis utama kimpalan laser mengikut kadar penyerapan proses kimpalan. Satu ialah kimpalan konduktif terma (nisbah kedalaman-ke-lebar < 1, kadar penyerapan laser cahaya merah dalam 20%, panjang gelombang yang berbeza mempunyai perbezaan). Yang lain ialah kimpalan penembusan dalam (nisbah kedalaman-ke-lebar> 1, kadar penyerapan lebih besar daripada kadar penyerapan kolam cair bahan, lebih daripada 60%, terutamanya penyerapan pantulan berganda laser dalam lubang kunci).

Kimpalan pengaliran haba laser:

Sinaran laser yang berbeza akan menyebabkan perubahan yang berbeza dalam keadaan bahan, yang dicerminkan dalam proses kimpalan sebagai dua mod kimpalan biasa: kimpalan kekonduksian terma laser dan kimpalan penembusan dalam laser. Proses pemindahan haba, mekanisme pembentukan kimpalan, ciri teknologi dan julat aplikasi kedua-duanya sangat berbeza.

Mod kimpalan pengaliran haba laser:

Semasa kimpalan konduktif terma, sinaran laser pada permukaan bahan kerja adalah dalam julat 10E4~10E6W/cm. Tenaga laser diserap oleh lapisan nipis lapisan permukaan 10 ~ 100m, dan tenaga laser lapisan permukaan dihantar ke bahagian dalam bahan melalui pengaliran haba, dan laser tidak boleh disentuh secara langsung. Selepas tempoh tertentu penyinaran laser, permukaan mencapai lebur, dan isoterma lebur ini merambat jauh ke dalam bahan, dan suhu permukaan terus meningkat. Walau bagaimanapun, yang paling tinggi hanya boleh mencapai takat didih bahan, dan semakin tinggi suhu, bahan akan mengewap untuk membentuk lubang. Proses kimpalan pengaliran haba yang stabil akan rosak, kolam kimpalan akan berayun, dan bahan akan dibakar. Secara amnya, kimpalan konduktif terma kebanyakannya digunakan dalam kepingan nipis, dan keadaan ini perlu dihapuskan. Dengan pergerakan relatif pancaran laser dan bahan kerja, kimpalan cetek dan lebar terbentuk, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Nisbah kedalaman-ke-lebar kimpalan adalah kecil, dan lebar kimpalan biasanya lebih daripada 2 kali ganda kedalaman penembusan. Rajah berikut menunjukkan profil kimpalan kimpalan kekonduksian terma laser biasa, dan bentuk kimpalan adalah lebih kurang hemisfera.

kimpalan penembusan dalam laser:

Apabila sinaran lebih besar daripada 10E7W/cm, permukaan bahan mencair dan mengewap di bawah tindakan laser, dan tekanan mundur wap yang dihasilkan memberi kesan kepada kolam lebur ke bawah untuk membentuk lubang kunci. Pancaran cahaya bertindak terus pada bahagian bawah lubang kunci, seterusnya mencairkan dan mengewapkan logam. Gas bertekanan tinggi dijana secara berterusan dari bahagian dalam lubang kunci dan terus meletus ke luar, sekali gus memperdalam lubang lagi. Rasuk juga semakin dalam dan lebih dalam, dan sumber haba laser juga bertindak di dalam bahan, memindahkan haba dari bahagian dalam lubang kunci ke bahan untuk membentuk zon terjejas haba yang lebih dalam. Pada masa yang sama, lubang kunci diisi dengan plasma sebahagiannya terion oleh wap suhu tinggi, dan julat awan plasma tertentu terbentuk di atas pintu keluar lubang kunci.

Kesan lubang kunci memainkan peranan penting dalam penyerapan laser dalam proses kimpalan laser. Pancaran laser yang memasuki lubang kunci hampir diserap sepenuhnya melalui pelbagai pantulan dinding lubang. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, jika lubang kunci ialah permukaan kon (dengan Sudut ∅), kejadian pancaran cahaya di sepanjang paksi kon dipantulkan terus melalui kon ke arah bawah lubang kunci dan dipantulkan, mencerminkan jumlah daripada 180 darjah /∅. Penyerapan keluli adalah kira-kira 13% setiap refleksi. Apabila darjah P=10 ditetapkan, jumlah penyerapan mencapai 92% dalam 18 pantulan, yang bertambah baik berbanding dengan kekonduksian terma sebanyak 13%. Perbezaan antara kekonduksian terma dan lebur dalam biasanya mengikut kedalaman lebur metalurgi: lebar lebur lebih besar daripada 1, yang boleh dianggap lebur dalam, kerana penampilan lubang kunci meningkatkan kadar penyerapan. Kaedah mudah ini sesuai untuk kimpalan laser tunggal. Komposit tidak sesuai untuk penghakiman ini, yang biasanya kimpalan penembusan dalam, dan rasuk tengah mempunyai kesan lubang kunci.

Selepas memahami ketumpatan kuasa asas, kimpalan kekonduksian terma, konsep kimpalan penembusan dalam, maka ketumpatan kuasa diameter teras yang berbeza dan analisis perbandingan metalografi. Eksperimen kimpalan ini dijalankan untuk diameter teras laser biasa di pasaran.

Dari sudut ketumpatan kuasa, di bawah kuasa yang sama, lebih halus diameter teras, lebih tinggi kecerahan laser, lebih pekat tenaga. Jika laser dibandingkan dengan pisau tajam, lebih kecil diameter teras laser, lebih tajam. Ketumpatan kuasa diameter teras 14um adalah lebih daripada 50 kali ganda daripada laser diameter teras 100um, dan kapasiti pemprosesan lebih kuat. Pada masa yang sama, ketumpatan kuasa yang dikira di sini hanyalah kepadatan purata. Pengagihan tenaga sebenar adalah lebih kurang Gaussian, dan tenaga pusat akan menjadi beberapa kali ganda ketumpatan kuasa purata.

Perbandingan laser diameter teras yang berbeza:

(1) Kelajuan eksperimen ialah 150mm/s, kedudukan fokus dikimpal, bahannya ialah 1 siri aluminium, tebal 2mm.

(2) Lebih besar diameter teras, lebih besar lebar lebur, lebih besar zon terjejas haba, dan lebih kecil ketumpatan kuasa unit. Apabila diameter teras melebihi 200um, ia tidak mudah untuk memainkan penembusan dalam pada aloi songsang tinggi seperti aluminium dan tembaga, dan kuasa yang lebih tinggi diperlukan untuk mencapai kimpalan penembusan dalam.

(3) Laser teras kecil mempunyai ketumpatan kuasa tinggi, boleh dengan cepat menumbuk lubang kunci pada permukaan bahan pada tenaga tinggi, dan zon terjejas haba adalah kecil, tetapi pada masa yang sama, permukaan kimpalan kasar, dan kebarangkalian keruntuhan lubang kunci adalah tinggi pada kimpalan kelajuan rendah. Kitaran penutupan lubang kunci kitaran kimpalan adalah panjang, dan mudah menghasilkan kecacatan, keliangan dan kecacatan lain, yang sesuai untuk pemesinan berkelajuan tinggi atau pemprosesan dengan trajektori ayunan.

(4) Laser teras besar kerana tempat yang besar, dan tenaga lebih tersebar, yang lebih sesuai untuk pencairan permukaan laser, pelapisan, penyepuhlindapan dan proses lain.

Kelebihan dan Aplikasi Laser Teras Kecil (< 100um)

(1) Bahan songsang tinggi: aluminium, tembaga, keluli tahan karat, nikel, molibdenum, dll.
Bahan songsang yang tinggi perlu memilih laser diameter teras kecil. Pancaran laser ketumpatan kuasa tinggi digunakan untuk memanaskan bahan dengan cepat ke keadaan cair atau mengewap, meningkatkan kadar penyerapan laser bahan, dan merealisasikan pemprosesan yang cekap dan pantas. Pilih laser dengan diameter teras yang besar, yang boleh membawa kepada tindak balas yang tinggi dengan mudah, mengakibatkan kimpalan maya dan juga pembakaran laser.

(2) Bahan sensitif retak: nikel, tembaga bersalut nikel, aluminium, keluli tahan karat, aloi titanium, dll.

Bahan ini secara amnya memerlukan kawalan ketat zon terjejas haba, keperluan untuk kolam lebur kecil, dan pilihan laser diameter teras kecil adalah lebih sesuai.

(3) Pemprosesan laser berkelajuan tinggi:

Kimpalan penembusan dalam memerlukan pemprosesan laser berkelajuan tinggi. Adalah perlu untuk memilih laser dengan ketumpatan tenaga yang tinggi untuk memastikan tenaga talian cukup untuk mencairkan bahan pada kelajuan tinggi, terutamanya untuk kimpalan bertindih, kimpalan penembusan, dan laser teras kecil lain dengan keperluan penembusan yang lebih tinggi.

Advantages and Applications of Large Core Laser (>100um)

Diameter teras yang besar, tempat cahaya yang besar, kawasan liputan haba yang besar, permukaan aplikasi yang luas, dan hanya untuk mencapai lebur mikro permukaan bahan. Ia sangat sesuai untuk aplikasi dalam pelapisan laser, pencairan semula laser, penyepuhlindapan laser, pengerasan laser dan sebagainya. Di kawasan ini, bintik-bintik besar bermakna kecekapan pengeluaran yang lebih tinggi dan kecacatan yang lebih rendah (kimpalan konduktif terma hampir tidak mempunyai kecacatan).

Dalam kimpalan, tempat besar digunakan terutamanya untuk kimpalan komposit, yang digunakan untuk laser komposit dengan diameter teras kecil. Tompok cahaya yang besar menjadikan permukaan bahan sedikit cair, daripada pepejal kepada cecair, supaya kadar penyerapan bahan ke laser bertambah baik. Kemudian gunakan diameter teras kecil untuk menebuk lubang kunci dan tebuk kedalaman penembusan. Dalam proses ini, disebabkan oleh pemanasan awal dan pasca pemprosesan bintik-bintik cahaya yang besar dan kecerunan suhu yang besar dari kolam lebur, bahan tidak mudah kelihatan retak yang disebabkan oleh pemanasan yang cepat dan penyejukan yang cepat, dan penampilan kimpalan adalah lebih licin. . Percikan adalah lebih rendah daripada penyelesaian laser tunggal.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. ialah syarikat berteknologi tinggi yang mengkhusus dalam R&D, pembuatan dan penjualan mesin pelapisan laser automatik, mesin pelapisan laser berkelajuan tinggi, mesin pelindapkejutan laser, mesin kimpalan laser dan peralatan percetakan 3D laser. Produk kami adalah kos efektif dan dijual di dalam dan luar negara. Jika anda berminat dengan produk kami, sila hubungi kami di bob@gshenglaser.com.