Laserlassenkan worden bereikt met behulp van continue of gepulseerde laserstralen. De principes vanlaserlassenkan worden onderverdeeld in warmtegeleidingslassen en laserdieppenetratielassen. Wanneer de vermogensdichtheid minder dan 104~105 W/cm2 bedraagt, is er sprake van warmtegeleidingslassen. Op dit moment is de penetratiediepte ondiep en is de lassnelheid laag; wanneer de vermogensdichtheid groter is dan 105 ~ 107 W/cm2, is het metalen oppervlak door de hitte concaaf in "gaten", waardoor diep penetratielassen ontstaat, wat de kenmerken heeft van een hoge lassnelheid en een grote aspectverhouding. Het principe van thermische geleidinglaserlassenis: laserstraling verwarmt het te bewerken oppervlak en de oppervlaktewarmte diffundeert door thermische geleiding naar binnen. Door laserparameters zoals laserpulsbreedte, energie, piekvermogen en herhalingsfrequentie te regelen, wordt het werkstuk gesmolten om een specifiek gesmolten zwembad te vormen.
Bij laserdieppenetratielassen wordt doorgaans een continue laserstraal gebruikt om de verbinding van materialen te voltooien. Het metallurgische fysieke proces lijkt sterk op dat van elektronenstraallassen, dat wil zeggen dat het energieconversiemechanisme wordt voltooid via een "sleutelgat"-structuur.
Onder laserbestraling met een voldoende hoge vermogensdichtheid verdampt het materiaal en ontstaan er kleine gaatjes. Dit kleine gaatje gevuld met damp lijkt op een zwart lichaam en absorbeert bijna alle energie van de invallende straal. De evenwichtstemperatuur in het gat bereikt ongeveer 2500°C. De warmte wordt overgedragen van de buitenwand van het hogetemperatuurgat, waardoor het metaal rondom het gat smelt. Het kleine gaatje is gevuld met stoom van hoge temperatuur die wordt gegenereerd door de continue verdamping van het muurmateriaal onder bestraling van de straal. De wanden van het kleine gat zijn omgeven door gesmolten metaal en het vloeibare metaal is omgeven door vaste materialen (bij de meeste conventionele lasprocessen en lasergeleidingslassen wordt de energie eerst op het oppervlak van het werkstuk afgezet en vervolgens door overdracht naar het binnenland getransporteerd ). De vloeistofstroom buiten de gatwand en de oppervlaktespanning van de wandlaag zijn in fase met de continu gegenereerde stoomdruk in de gatholte en handhaven een dynamisch evenwicht. De lichtstraal komt continu het kleine gaatje binnen en het materiaal buiten het kleine gaatje stroomt continu. Terwijl de lichtstraal beweegt, bevindt het kleine gaatje zich altijd in een stabiele stroomtoestand.
Dat wil zeggen dat het kleine gaatje en het gesmolten metaal dat de wand van het gat omringt, voorwaarts bewegen met de voorwaartse snelheid van de stuurstraal. Het gesmolten metaal vult de opening die overblijft nadat het kleine gaatje is verwijderd en condenseert dienovereenkomstig, en de las wordt gevormd. Dit alles gebeurt zo snel dat lassnelheden gemakkelijk enkele meters per minuut kunnen bereiken.
Nadat we de basisconcepten van vermogensdichtheid, thermisch geleidbaarheidslassen en dieppenetratielassen hebben begrepen, zullen we vervolgens een vergelijkende analyse uitvoeren van de vermogensdichtheid en metallografische fasen van verschillende kerndiameters.
Vergelijking van lasexperimenten op basis van gangbare laserkerndiameters op de markt:
Vermogensdichtheid van de brandpuntpositie van lasers met verschillende kerndiameters
Vanuit het perspectief van de vermogensdichtheid geldt bij hetzelfde vermogen: hoe kleiner de kerndiameter, hoe hoger de helderheid van de laser en hoe geconcentreerder de energie. Als de laser wordt vergeleken met een scherp mes, geldt: hoe kleiner de kerndiameter, hoe scherper de laser. De vermogensdichtheid van de laser met een kerndiameter van 14um is meer dan 50 keer die van de laser met een kerndiameter van 100um, en het verwerkingsvermogen is sterker. Tegelijkertijd is de hier berekende vermogensdichtheid slechts een eenvoudige gemiddelde dichtheid. De feitelijke energieverdeling is bij benadering een Gaussiaanse verdeling, en de centrale energie zal meerdere malen de gemiddelde vermogensdichtheid bedragen.
Schematisch diagram van laserenergieverdeling met verschillende kerndiameters
De kleur van het energieverdelingsdiagram is de energieverdeling. Hoe roder de kleur, hoe hoger de energie. De rode energie is de plaats waar de energie geconcentreerd is. Door de laserenergieverdeling van laserstralen met verschillende kerndiameters is te zien dat het front van de laserstraal niet scherp is en de laserstraal scherp. Hoe kleiner, hoe geconcentreerder de energie op één punt is, hoe scherper deze is en hoe sterker het doordringend vermogen ervan.
Vergelijking van laseffecten van lasers met verschillende kerndiameters
Vergelijking van lasers met verschillende kerndiameters:
(1) Het experiment maakt gebruik van een snelheid van 150 mm/s, focuspositielassen, en het materiaal is aluminium uit de 1-serie, 2 mm dik;
(2) Hoe groter de kerndiameter, hoe groter de smeltbreedte, hoe groter de door hitte beïnvloede zone en hoe kleiner de vermogensdichtheid van de eenheid. Wanneer de kerndiameter groter is dan 200um, is het niet eenvoudig om een penetratiediepte te bereiken op hoogreactielegeringen zoals aluminium en koper, en kan een hogere diepe penetratielassen alleen worden bereikt met een hoog vermogen;
(3) Lasers met een kleine kern hebben een hoge vermogensdichtheid en kunnen snel sleutelgaten maken in het oppervlak van materialen met hoge energie en kleine door hitte beïnvloede zones. Tegelijkertijd is het oppervlak van de las echter ruw en is de kans op instorten van het sleutelgat hoog tijdens lassen met lage snelheid, en wordt het sleutelgat gesloten tijdens de lascyclus. De cyclus is lang en defecten zoals defecten en poriën kunnen gemakkelijk optreden. Het is geschikt voor snelle verwerking of verwerking met een swingtraject;
(4) Lasers met een grote kerndiameter hebben grotere lichtvlekken en meer verspreide energie, waardoor ze geschikter zijn voor het opnieuw smelten van laseroppervlakken, cladden, uitgloeien en andere processen.
Posttijd: 06-okt-2023
