Comparació dels efectes de soldadura de làsers amb diferents diàmetres de nucli

Soldadura per làseres pot aconseguir mitjançant raigs làser continus o polsats. Els principis desoldadura per làseres pot dividir en soldadura per conducció de calor i soldadura làser de penetració profunda. Quan la densitat de potència és inferior a 104 ~ 105 W/cm2, es tracta de soldadura per conducció de calor. En aquest moment, la profunditat de penetració és poca i la velocitat de soldadura és lenta; quan la densitat de potència és superior a 105 ~ 107 W/cm2, la superfície metàl·lica és còncava en "forats" a causa de la calor, formant una soldadura de penetració profunda, que té les característiques d'una velocitat de soldadura ràpida i una gran relació d'aspecte. Principi de conducció tèrmicasoldadura per làserés: la radiació làser escalfa la superfície a processar i la calor superficial es difon a l'interior per conducció tèrmica. Mitjançant el control de paràmetres làser com ara l'amplada del pols làser, l'energia, la potència màxima i la freqüència de repetició, la peça de treball es fon per formar una piscina fosa específica.

La soldadura làser de penetració profunda utilitza generalment un feix làser continu per completar la connexió dels materials. El seu procés físic metal·lúrgic és molt similar al de la soldadura per feix d'electrons, és a dir, el mecanisme de conversió d'energia es completa mitjançant una estructura de "clau".

Sota irradiació làser amb una densitat de potència prou alta, el material s'evapora i es formen petits forats. Aquest petit forat ple de vapor és com un cos negre, absorbint gairebé tota l'energia del feix incident. La temperatura d'equilibri al forat arriba a uns 2500°C. La calor es transfereix des de la paret exterior del forat d'alta temperatura, fent que el metall que envolta el forat es fongui. El petit forat s'omple amb vapor d'alta temperatura generat per l'evaporació contínua del material de la paret sota la irradiació del feix. Les parets del petit forat estan envoltades de metall fos i el metall líquid està envoltat de materials sòlids (en la majoria dels processos de soldadura convencionals i soldadura per conducció làser, l'energia es diposita primer a la superfície de la peça i després es transporta a l'interior per transferència). ). El flux de líquid fora de la paret del forat i la tensió superficial de la capa de la paret estan en fase amb la pressió de vapor generada contínuament a la cavitat del forat i mantenen un equilibri dinàmic. El feix de llum entra contínuament al forat petit i el material fora del forat petit flueix contínuament. A mesura que el feix de llum es mou, el petit forat està sempre en un estat estable de flux.

És a dir, el petit forat i el metall fos que envolta la paret del forat avancen amb la velocitat d'avançament del feix pilot. El metall fos omple el buit que queda després d'eliminar el petit forat i es condensa en conseqüència i es forma la soldadura. Tot això passa tan ràpidament que les velocitats de soldadura poden arribar fàcilment a diversos metres per minut.

Després d'entendre els conceptes bàsics de densitat de potència, soldadura de conductivitat tèrmica i soldadura de penetració profunda, a continuació realitzarem una anàlisi comparativa de la densitat de potència i les fases metal·logràfiques de diferents diàmetres de nucli.

Comparació d'experiments de soldadura basats en diàmetres de nucli làser comuns al mercat:

Densitat de potència de la posició del punt focal de làsers amb diferents diàmetres de nucli

Des de la perspectiva de la densitat de potència, amb la mateixa potència, com més petit sigui el diàmetre del nucli, més gran serà la brillantor del làser i més concentrada serà l'energia. Si es compara el làser amb un ganivet afilat, com més petit sigui el diàmetre del nucli, més afilat serà el làser. La densitat de potència del làser de diàmetre del nucli de 14um és més de 50 vegades la del làser de diàmetre del nucli de 100um i la capacitat de processament és més forta. Al mateix temps, la densitat de potència calculada aquí és només una densitat mitjana simple. La distribució real d'energia és una distribució gaussiana aproximada, i l'energia central serà diverses vegades la densitat de potència mitjana.

Esquema de distribució d'energia làser amb diferents diàmetres de nucli

El color del diagrama de distribució d'energia és la distribució d'energia. Com més vermell sigui el color, més gran serà l'energia. L'energia vermella és el lloc on es concentra l'energia. Mitjançant la distribució d'energia làser dels raigs làser amb diferents diàmetres de nucli, es pot veure que el front del raig làser no és nítid i el raig làser és nítid. Com més petita, més concentrada està l'energia en un punt, més nítida és i més forta és la seva capacitat de penetració.

Comparació dels efectes de soldadura de làsers amb diferents diàmetres de nucli

Comparació de làsers amb diferents diàmetres de nucli:

(1) L'experiment utilitza una velocitat de 150 mm/s, soldadura de posició de focus i el material és d'alumini de sèrie 1, de 2 mm de gruix;

(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 una profunditat de penetració en aliatges d'alta reacció com l'alumini i el coure, i només es pot aconseguir una soldadura de penetració profunda més alta amb una gran potència;

(3) Els làsers de nucli petit tenen una alta densitat de potència i poden perforar ràpidament els forats a la superfície de materials amb alta energia i petites zones afectades per la calor. Tanmateix, al mateix temps, la superfície de la soldadura és rugosa i la probabilitat de col·lapse del forat és alta durant la soldadura a baixa velocitat i el forat es tanca durant el cicle de soldadura. El cicle és llarg i defectes com ara defectes i porus són propensos a produir-se. És adequat per al processament o processament d'alta velocitat amb una trajectòria de swing;

(4) Els làsers de gran diàmetre del nucli tenen punts de llum més grans i energia més dispersa, cosa que els fa més adequats per a la refusió de superfícies làser, revestiment, recuit i altres processos.