Krahasimi i efekteve të saldimit të lazerëve me diametra të ndryshëm të bërthamës

Saldim me lazermund të arrihet duke përdorur rreze lazeri të vazhdueshme ose të pulsuara. Parimet esaldim me lazermund të ndahet në saldim me përçueshmëri të nxehtësisë dhe saldim me depërtim të thellë me lazer. Kur dendësia e fuqisë është më pak se 104~105 W/cm2, është saldim me përçueshmëri të nxehtësisë. Në këtë kohë, thellësia e depërtimit është e cekët dhe shpejtësia e saldimit është e ngadaltë; kur dendësia e fuqisë është më e madhe se 105~107 W/cm2, sipërfaqja metalike është konkave në "vrima" për shkak të nxehtësisë, duke formuar saldim me depërtim të thellë, i cili ka karakteristikat e shpejtësisë së lartë të saldimit dhe raportit të madh të aspektit. Parimi i përçueshmërisë termikesaldim me lazerështë: rrezatimi lazer ngroh sipërfaqen që do të përpunohet dhe nxehtësia sipërfaqësore shpërndahet në brendësi nëpërmjet përçueshmërisë termike. Duke kontrolluar parametrat e lazerit si gjerësia e pulsit të lazerit, energjia, fuqia maksimale dhe frekuenca e përsëritjes, pjesa e punës shkrihet për të formuar një pellg specifik të shkrirë.

Saldimi me depërtim të thellë me lazer në përgjithësi përdor një rreze lazeri të vazhdueshme për të përfunduar lidhjen e materialeve. Procesi i tij fizik metalurgjik është shumë i ngjashëm me atë të saldimit me rreze elektronike, domethënë, mekanizmi i konvertimit të energjisë përfundohet përmes një strukture "vrime çelësi".

Nën rrezatimin lazer me një dendësi fuqie mjaft të lartë, materiali avullohet dhe formohen vrima të vogla. Kjo vrimë e vogël e mbushur me avull është si një trup i zi, duke thithur pothuajse të gjithë energjinë e rrezes incidente. Temperatura e ekuilibrit në vrimë arrin rreth 2500°C. Nxehtësia transferohet nga muri i jashtëm i vrimës me temperaturë të lartë, duke shkaktuar shkrirjen e metalit që rrethon vrimën. Vrima e vogël mbushet me avull me temperaturë të lartë të gjeneruar nga avullimi i vazhdueshëm i materialit të murit nën rrezatimin e rrezes. Muret e vrimës së vogël janë të rrethuara nga metali i shkrirë, dhe metali i lëngshëm është i rrethuar nga materiale të ngurta (në shumicën e proceseve konvencionale të saldimit dhe saldimit me përçueshmëri lazeri, energjia së pari depozitohet në sipërfaqen e copës së punës dhe më pas transportohet në brendësi me anë të transferimit). Rrjedha e lëngut jashtë murit të vrimës dhe tensioni sipërfaqësor i shtresës së murit janë në fazë me presionin e avullit të gjeneruar vazhdimisht në zgavrën e vrimës dhe ruajnë një ekuilibër dinamik. Rrezja e dritës hyn vazhdimisht në vrimën e vogël, dhe materiali jashtë vrimës së vogël rrjedh vazhdimisht. Ndërsa rrezja e dritës lëviz, vrima e vogël është gjithmonë në një gjendje të qëndrueshme rrjedhjeje.

Kjo do të thotë, vrima e vogël dhe metali i shkrirë që rrethon murin e vrimës lëvizin përpara me shpejtësinë përpara të rrezes pilot. Metali i shkrirë mbush boshllëkun e lënë pasi vrima e vogël hiqet dhe kondensohet në përputhje me rrethanat, dhe formohet saldimi. E gjithë kjo ndodh aq shpejt sa shpejtësitë e saldimit mund të arrijnë lehtësisht disa metra në minutë.

Pasi të kemi kuptuar konceptet bazë të dendësisë së fuqisë, saldimit me përçueshmëri termike dhe saldimit me depërtim të thellë, do të kryejmë më pas një analizë krahasuese të dendësisë së fuqisë dhe fazave metalografike të diametrave të ndryshëm të bërthamës.

Krahasimi i eksperimenteve të saldimit bazuar në diametrat e zakonshëm të bërthamës së lazerit në treg:

Dendësia e fuqisë së pozicionit të pikës fokale të lazerëve me diametra të ndryshëm të bërthamës

Nga perspektiva e dendësisë së fuqisë, nën të njëjtën fuqi, sa më i vogël të jetë diametri i bërthamës, aq më i lartë është shkëlqimi i lazerit dhe aq më e përqendruar është energjia. Nëse lazeri krahasohet me një thikë të mprehtë, sa më i vogël të jetë diametri i bërthamës, aq më i mprehtë është lazeri. Dendësia e fuqisë së lazerit me diametër bërthame 14um është më shumë se 50 herë më e madhe se ajo e lazerit me diametër bërthame 100um, dhe aftësia e përpunimit është më e fortë. Në të njëjtën kohë, dendësia e fuqisë e llogaritur këtu është vetëm një dendësi mesatare e thjeshtë. Shpërndarja aktuale e energjisë është një shpërndarje e përafërt Gaussiane, dhe energjia qendrore do të jetë disa herë më e madhe se dendësia mesatare e fuqisë.

Diagrami skematik i shpërndarjes së energjisë së lazerit me diametra të ndryshëm të bërthamës

Ngjyra e diagramit të shpërndarjes së energjisë është shpërndarja e energjisë. Sa më e kuqe të jetë ngjyra, aq më e lartë është energjia. Energjia e kuqe është vendi ku përqendrohet energjia. Nëpërmjet shpërndarjes së energjisë lazer të rrezeve lazer me diametra të ndryshëm të bërthamës, mund të shihet se fronti i rrezes lazer nuk është i mprehtë dhe rrezja lazer është e mprehtë. Sa më e vogël, aq më e përqendruar është energjia në një pikë, aq më e mprehtë është ajo dhe aq më e fortë është aftësia e saj depërtuese.

Krahasimi i efekteve të saldimit të lazerëve me diametra të ndryshëm të bërthamës

Krahasimi i lazerëve me diametra të ndryshëm të bërthamës:

(1) Eksperimenti përdor një shpejtësi prej 150 mm/s, saldim me pozicion fokusi, dhe materiali është alumini i serisë 1, me trashësi 2 mm;

(2) Sa më i madh të jetë diametri i bërthamës, aq më e madhe është gjerësia e shkrirjes, aq më e madhe është zona e prekur nga nxehtësia dhe aq më e vogël është dendësia e fuqisë së njësisë. Kur diametri i bërthamës tejkalon 200 μm, nuk është e lehtë të arrihet një thellësi depërtimi në lidhjet me reagim të lartë si alumini dhe bakri, dhe një saldim me depërtim të thellë më të lartë mund të arrihet vetëm me fuqi të lartë;

(3) Lazerët me bërthamë të vogël kanë dendësi të lartë fuqie dhe mund të shpojnë shpejt vrima çelësi në sipërfaqen e materialeve me energji të lartë dhe zona të vogla të prekura nga nxehtësia. Megjithatë, në të njëjtën kohë, sipërfaqja e saldimit është e ashpër dhe probabiliteti i shembjes së vrimës së çelësit është i lartë gjatë saldimit me shpejtësi të ulët, dhe vrima e çelësit është e mbyllur gjatë ciklit të saldimit. Cikli është i gjatë dhe defektet si defektet dhe poret janë të prirura të ndodhin. Është i përshtatshëm për përpunim me shpejtësi të lartë ose përpunim me një trajektore lëkundëse;

(4) Lazerët me diametër të madh të bërthamës kanë njolla drite më të mëdha dhe energji më të shpërndarë, duke i bërë ata më të përshtatshëm për shkrirjen e sipërfaqes me lazer, veshjen, pjekjen dhe procese të tjera.