Vergläich vun de Schweesseffekter vu Laser mat verschiddene Kärdurchmesser

Laserschweißenkann mat kontinuéierleche oder gepulste Laserstralen erreecht ginn. D'Prinzipie vunLaserschweißenkann an Hëtzeleitungsschweessen a Laserdéiftschweißen opgedeelt ginn. Wann d'Leeschtungsdicht manner wéi 104~105 W/cm2 ass, ass et Hëtzeleitungsschweessen. Zu dësem Zäitpunkt ass d'Déift vum Schweess kleng an d'Schweessgeschwindegkeet lues; wann d'Leeschtungsdicht méi grouss wéi 105~107 W/cm2 ass, ass d'Metalloberfläche duerch d'Hëtzt a konkav a "Lächer", wouduerch eng Déifpenetratiounsschweess entsteet, déi d'Charakteristike vun enger schneller Schweessgeschwindegkeet an engem groussen Aspektverhältnis huet. De Prinzip vun der HëtzeleitungLaserschweißenass: Laserstralung erhëtzt d'Uewerfläch, déi veraarbecht soll ginn, an d'Uewerflächenhëtzt diffundéiert duerch Wärmeleitung an d'Innere. Duerch d'Kontroll vu Laserparameter wéi Laserpulsbreet, Energie, Spëtzeleistung a Widderhuelungsfrequenz gëtt d'Wierkstéck geschmolz fir e spezifesche Schmelzbad ze bilden.

Laserdéifpenetratiounsschweiss benotzt normalerweis e kontinuéierleche Laserstrahl fir d'Verbindung vu Materialien ofzeschléissen. Säi metallurgesche physikalesche Prozess ass ganz ähnlech wéi dee vum Elektronestrahlschweiss, dat heescht, den Energiekonversiounsmechanismus gëtt duerch eng "Schlëssellach"-Struktur ofgeschloss.

Ënner Laserbestrahlung mat enger genuch héijer Leeschtungsdicht verdampft d'Material a kleng Lächer entstinn. Dëst klengt Lach, dat mat Damp gefëllt ass, ass wéi e schwaarze Kierper, deen bal all d'Energie vum afalenden Stral absorbéiert. D'Gläichgewiichtstemperatur am Lach erreecht ongeféier 2500°C. D'Hëtzt gëtt vun der baussenzeger Mauer vum Héichtemperaturlach iwwerdroen, wouduerch de Metall ronderëm d'Lach schmëlzt. Dat klengt Lach gëtt mat Héichtemperaturdamp gefëllt, deen duerch déi kontinuéierlech Verdampfung vum Wandmaterial ënner der Bestrahlung vum Stral entsteet. D'Mauere vum klenge Lach sinn duerch geschmollte Metall ëmginn, an de flëssege Metall ass duerch fest Materialien ëmginn (bei de meeschte konventionelle Schweessprozesser a Laserleitungsschweessen gëtt d'Energie als éischt op der Uewerfläch vum Werkstéck ofgesat an dann duerch Transfert an d'Innere transportéiert). De Flëssegkeetsfloss ausserhalb vun der Lachwand an d'Uewerflächespannung vun der Wandschicht sinn a Phas mam kontinuéierlech generéierten Dampdrock an der Lachhöhl a behalen en dynamescht Gläichgewiicht. De Liichtstraal trëtt kontinuéierlech an dat klengt Lach an, an d'Material ausserhalb vum klenge Lach fléisst kontinuéierlech. Wärend de Liichtstraal sech beweegt, ass dat klengt Lach ëmmer an engem stabile Flosszoustand.

Dat heescht, datt dat klengt Lach an dat geschmollte Metall, dat d'Lachwand ëmgëtt, mat der Virwärtsgeschwindegkeet vum Pilotbalke no vir beweege sech. Dat geschmollte Metall fëllt d'Lück, déi no der Entfernung vum klenge Lach entsteet, a kondenséiert deementspriechend, an d'Schweißnaht entsteet. All dëst geschitt sou séier, datt d'Schweißgeschwindegkeete liicht e puer Meter pro Minutt erreeche kënnen.

Nodeems mir déi grondleeënd Konzepter vum Leeschtungsdichte, dem Wärmeleitfäegkeetsschweißen an dem Déifpenetratiounsschweißen verstanen hunn, wäerte mir als nächst eng komparativ Analyse vun der Leeschtungsdichte an de metallographesche Phasen vun ënnerschiddlechen Kärduerchmiesser duerchféieren.

Vergläich vu Schweessexperimenter baséiert op gängegen Laserkärdurchmesser um Maart:

Leeschtungsdicht vun der Brennpunktpositioun vu Laser mat verschiddene Kärduerchmiesser

Aus der Perspektiv vun der Leeschtungsdicht, bei der selwechter Leeschtung, wat méi kleng den Duerchmiesser vum Kär ass, wat méi héich d'Hellegkeet vum Laser an wat méi konzentréiert d'Energie ass. Wann de Laser mat engem schaarfe Messer verglach gëtt, wat méi kleng den Duerchmiesser vum Kär ass, wat méi schaarf de Laser ass. D'Leeschtungsdicht vum Laser mat engem Kärduerchmiesser vun 14µm ass méi wéi 50 Mol sou héich wéi déi vum Laser mat engem Kärduerchmiesser vun 100µm, an d'Veraarbechtungskapazitéit ass méi staark. Gläichzäiteg ass d'Leeschtungsdicht, déi hei berechent gëtt, just eng einfach Duerchschnëttsdicht. Déi tatsächlech Energieverdeelung ass eng ongeféier Gauss-Verdeelung, an d'Zentralenergie wäert e puer Mol sou héich sinn wéi déi duerchschnëttlech Leeschtungsdicht.

Schematesch Diagramm vun der Laserenergieverdeelung mat verschiddene Kärduerchmiesser

D'Faarf vum Energieverdeelungsdiagramm ass d'Energieverdeelung. Wat méi rout d'Faarf ass, wat méi héich d'Energie ass. Déi rout Energie ass déi Plaz, wou d'Energie konzentréiert ass. Duerch d'Laserenergieverdeelung vu Laserstrale mat verschiddene Kärduerchmiesser kann een gesinn, datt d'Laserstralfront net schaarf ass an de Laserstral schaarf ass. Wat méi kleng, wat méi konzentréiert d'Energie op engem Punkt ass, wat méi schaarf se ass a wat méi staark hir Duerchdréngungsfäegkeet ass.

Vergläich vun de Schweesseffekter vu Laser mat verschiddene Kärdurchmesser

Vergläich vu Laser mat verschiddene Kärdurchmesser:

(1) D'Experiment benotzt eng Geschwindegkeet vun 150 mm/s, Schweessung an der Fokuspositioun, an d'Material ass 1er Serie Aluminium, 2 mm déck;

(2) Wat méi grouss den Duerchmiesser vum Kär ass, wat méi grouss d'Schmelzbreet ass, wat méi grouss d'Hëtztbeaflosst Zon ass, an wat méi kleng d'Leeschtungsdicht vun der Eenheet ass. Wann den Duerchmiesser vum Kär méi wéi 200µm ass, ass et net einfach, eng Duerchdréngungsdéift op héichreaktive Legierungen wéi Aluminium a Koffer z'erreechen, an eng méi héich Déifduerchdréngungsschweißung kann nëmme mat héijer Leeschtung erreecht ginn;

(3) Klengkärlaser hunn eng héich Leeschtungsdicht a kënne séier Schlëssellächer op der Uewerfläch vu Materialien mat héijer Energie a klenge waarmbeaflosste Zonen stänzen. Gläichzäiteg ass d'Uewerfläch vun der Schweess awer rau, an d'Wahrscheinlechkeet vum Schlëssellach-Zesummebroch ass beim Schweess bei niddreger Geschwindegkeet héich, an d'Schlëssellach ass während dem Schweesszyklus zou. De Zyklus ass laang, an et si Feeler wéi Defekter a Poren ufälleg fir opzetrieden. Si si gëeegent fir Héichgeschwindegkeetsveraarbechtung oder Veraarbechtung mat enger Schwéngbunn;

(4) Laser mat engem groussen Duerchmiesser vum Kär hunn méi grouss Liichtflecken a méi verdeelt Energie, wat se besser fir d'Nei-Schmelze vun der Laseroberfläche, d'Verkleedung, d'Glühen an aner Prozesser gëeegent mécht.