Sudarea cu laserpoate fi realizat folosind fascicule laser continue sau pulsate. Principiile desudare cu laserpoate fi împărțit în sudare prin conducție termică și sudare cu penetrare adâncă cu laser. Când densitatea de putere este mai mică de 104 ~ 105 W/cm2, este sudarea prin conducție termică. În acest moment, adâncimea de penetrare este mică, iar viteza de sudare este mică; când densitatea de putere este mai mare de 105 ~ 107 W/cm2, suprafața metalului este concavă în „găuri” din cauza căldurii, formând sudare cu penetrare adâncă, care are caracteristicile vitezei rapide de sudare și raportului de aspect mare. Principiul conducției termicesudare cu lasereste: radiația laser încălzește suprafața de prelucrat, iar căldura de suprafață se difuzează în interior prin conducție termică. Prin controlul parametrilor laser, cum ar fi lățimea impulsului laser, energia, puterea de vârf și frecvența de repetiție, piesa de prelucrat este topită pentru a forma un bazin de topire specific.
Sudarea cu penetrare adâncă cu laser utilizează, în general, un fascicul laser continuu pentru a finaliza conectarea materialelor. Procesul său fizic metalurgic este foarte asemănător cu cel al sudării cu fascicul de electroni, adică mecanismul de conversie a energiei este finalizat printr-o structură „gaură de cheie”.
Sub iradiere cu laser cu o densitate de putere suficient de mare, materialul se evaporă și se formează mici găuri. Această mică gaură umplută cu vapori este ca un corp negru, absorbind aproape toată energia fasciculului incident. Temperatura de echilibru în gaură ajunge la aproximativ 2500°C. Căldura este transferată de la peretele exterior al găurii la temperatură ridicată, determinând topirea metalului din jurul găurii. Orificiul mic este umplut cu abur la temperatură ridicată generat de evaporarea continuă a materialului peretelui sub iradierea fasciculului. Pereții găurii mici sunt înconjurați de metal topit, iar metalul lichid este înconjurat de materiale solide (în majoritatea proceselor convenționale de sudare și sudarea prin conducție cu laser, energia este depusă mai întâi pe suprafața piesei de prelucrat și apoi transportată în interior prin transfer). ). Fluxul de lichid în afara peretelui găurii și tensiunea superficială a stratului de perete sunt în fază cu presiunea aburului generată continuu în cavitatea găurii și mențin un echilibru dinamic. Fasciculul de lumină intră continuu în gaura mică, iar materialul din afara orificiului mic curge continuu. Pe măsură ce fasciculul de lumină se mișcă, gaura mică este întotdeauna într-o stare stabilă de curgere.
Adică, gaura mică și metalul topit care înconjoară peretele găurii se deplasează înainte cu viteza de înainte a fasciculului pilot. Metalul topit umple golul rămas după îndepărtarea găurii mici și se condensează în consecință, iar sudura se formează. Toate acestea se întâmplă atât de repede încât vitezele de sudare pot atinge cu ușurință câțiva metri pe minut.
După înțelegerea conceptelor de bază de densitate de putere, sudare cu conductivitate termică și sudare cu penetrare adâncă, vom efectua în continuare o analiză comparativă a densității puterii și fazelor metalografice ale diferitelor diametre de miez.
Comparație a experimentelor de sudare bazate pe diametrele comune ale miezului laser de pe piață:
Densitatea de putere a punctului focal al laserelor cu diferite diametre ale miezului
Din perspectiva densității puterii, sub aceeași putere, cu cât diametrul miezului este mai mic, cu atât luminozitatea laserului este mai mare și energia este mai concentrată. Dacă laserul este comparat cu un cuțit ascuțit, cu cât diametrul miezului este mai mic, cu atât laserul este mai ascuțit. Densitatea de putere a laserului cu diametrul miezului de 14um este de peste 50 de ori mai mare decât a laserului cu diametrul miezului de 100um, iar capacitatea de procesare este mai puternică. În același timp, densitatea de putere calculată aici este doar o densitate medie simplă. Distribuția actuală a energiei este o distribuție Gaussiană aproximativă, iar energia centrală va fi de câteva ori densitatea medie de putere.
Schema de distribuție a energiei laser cu diferite diametre ale miezului
Culoarea diagramei de distribuție a energiei este distribuția energiei. Cu cât culoarea este mai roșie, cu atât energia este mai mare. Energia roșie este locul unde este concentrată energia. Prin distribuția energiei laser a fasciculelor laser cu diferite diametre ale miezului, se poate observa că fața fasciculului laser nu este ascuțită, iar fasciculul laser este ascuțit. Cu cât este mai mică, cu atât energia este mai concentrată într-un punct, cu atât este mai ascuțită și cu atât capacitatea sa de penetrare este mai puternică.
Compararea efectelor de sudare ale laserelor cu diferite diametre ale miezului
Comparația laserelor cu diferite diametre ale miezului:
(1) Experimentul folosește o viteză de 150 mm/s, sudare în poziție de focalizare, iar materialul este aluminiu din serie 1, grosime de 2 mm;
(2) Cu cât diametrul miezului este mai mare, cu atât lățimea de topire este mai mare, cu atât zona afectată de căldură este mai mare și densitatea de putere a unității este mai mică. Când diametrul miezului depășește 200um, nu este ușor să se obțină o adâncime de penetrare pe aliajele cu reacție ridicată, cum ar fi aluminiul și cuprul, iar o sudare cu penetrare adâncă mai mare poate fi realizată numai cu putere mare;
(3) Laserele cu miez mic au o densitate mare de putere și pot perfora rapid găurile cheii pe suprafața materialelor cu energie mare și zone mici afectate de căldură. Cu toate acestea, în același timp, suprafața sudurii este aspră, iar probabilitatea de prăbușire a găurii cheii este mare în timpul sudării la viteză mică, iar gaura cheii este închisă în timpul ciclului de sudare. Ciclul este lung, iar defecte precum defecte și pori sunt predispuse să apară. Este potrivit pentru procesare de mare viteză sau procesare cu o traiectorie de balansare;
(4) Laserele cu diametru de miez mare au puncte de lumină mai mari și energie mai dispersată, făcându-le mai potrivite pentru topirea suprafeței laser, placare, recoacere și alte procese.
Ora postării: Oct-06-2023
