Varjenje je postopek spajanja dveh ali več kovin z uporabo toplote. Varjenje običajno vključuje segrevanje materiala do tališča, tako da se osnovna kovina stopi in zapolni vrzeli med spoji, s čimer se tvori močna povezava. Lasersko varjenje je metoda spajanja, ki uporablja laser kot vir toplote.
Vzemimo za primer baterijo s kvadratnim ohišjem: jedro baterije je z laserjem povezano skozi več delov. Med celotnim postopkom laserskega varjenja so trdnost materialne povezave, učinkovitost proizvodnje in stopnja napak tri vprašanja, ki najbolj skrbijo industrijo. Trdnost materialne povezave se lahko odraža v globini in širini metalografske penetracije (tesno povezani z laserskim svetlobnim virom); učinkovitost proizvodnje je v glavnem povezana z zmogljivostjo obdelave laserskega svetlobnega vira; stopnja napak je v glavnem povezana z izbiro laserskega svetlobnega vira; zato ta članek obravnava najpogostejše na trgu. Izvedena je preprosta primerjava več laserskih svetlobnih virov v upanju, da bo v pomoč kolegom razvijalcem procesov.
Kerlasersko varjenjeV bistvu gre za proces pretvorbe svetlobe v toploto, pri čemer je vključenih več ključnih parametrov: kakovost žarka (BBP, M2, kot divergence), gostota energije, premer jedra, oblika porazdelitve energije, prilagodljiva varilna glava, obdelava. Procesna okna in obdelovalni materiali se uporabljajo predvsem za analizo in primerjavo laserskih virov svetlobe iz teh smeri.
Primerjava enomodnih in večmodnih laserjev
Definicija enomodalnega večmodalnega načina delovanja:
Enojni način se nanaša na en sam vzorec porazdelitve laserske energije na dvodimenzionalni ravnini, medtem ko se večmodni način nanaša na prostorski vzorec porazdelitve energije, ki ga tvori superpozicija več vzorcev porazdelitve. Na splošno se lahko velikost faktorja kakovosti žarka M2 uporabi za presojo, ali je izhod vlakenskega laserja enomoden ali večmoden: M2 manjši od 1,3 pomeni čisti enomoden laser, M2 med 1,3 in 2,0 pomeni kvazi-enomoden laser (z nekaj načini), M2 pa večji od 2,0. To velja za večmodne laserje.
Kerlasersko varjenjeV bistvu gre za proces pretvorbe svetlobe v toploto, pri čemer je vključenih več ključnih parametrov: kakovost žarka (BBP, M2, kot divergence), gostota energije, premer jedra, oblika porazdelitve energije, prilagodljiva varilna glava, obdelava. Procesna okna in obdelovalni materiali se uporabljajo predvsem za analizo in primerjavo laserskih virov svetlobe iz teh smeri.
Primerjava enomodnih in večmodnih laserjev
Definicija enomodalnega večmodalnega načina delovanja:
Enojni način se nanaša na en sam vzorec porazdelitve laserske energije na dvodimenzionalni ravnini, medtem ko se večmodni način nanaša na prostorski vzorec porazdelitve energije, ki ga tvori superpozicija več vzorcev porazdelitve. Na splošno se lahko velikost faktorja kakovosti žarka M2 uporabi za presojo, ali je izhod vlakenskega laserja enomoden ali večmoden: M2 manjši od 1,3 pomeni čisti enomoden laser, M2 med 1,3 in 2,0 pomeni kvazi-enomoden laser (z nekaj načini), M2 pa večji od 2,0. To velja za večmodne laserje.
Kot je prikazano na sliki: Slika b prikazuje porazdelitev energije enega samega osnovnega moda, porazdelitev energije v kateri koli smeri, ki poteka skozi središče kroga, pa je v obliki Gaussove krivulje. Slika a prikazuje večmodno porazdelitev energije, ki je prostorska porazdelitev energije, ki jo tvori superpozicija več posameznih laserskih modov. Rezultat večmodne superpozicije je krivulja z ravnim vrhom.
Običajni enomodni laserji: IPG YLR-2000-SM, SM je okrajšava za enomodni laser. Izračuni uporabljajo kolimirano ostrenje 150-250 za izračun velikosti žariščne točke, gostota energije je 2000 W, gostota energije ostrenja pa se uporablja za primerjavo.
Primerjava enomodnega in večmodnega načinalasersko varjenjeučinki
Enomodni laser: majhen premer jedra, visoka gostota energije, močna penetracija, majhna cona vpliva toplote, podoben ostremu nožu, še posebej primeren za varjenje tankih plošč in visokohitrostno varjenje, lahko pa se uporablja z galvanometri za obdelavo drobnih delov in visoko odbojnih delov (izjemno odbojni deli) (npr. ušesa, povezovalni deli itd.), kot je prikazano na zgornji sliki. Enomodni laser ima manjšo ključavnico in omejeno količino notranje visokotlačne kovinske pare, zato na splošno nima napak, kot so notranje pore. Pri nizkih hitrostih je videz hrapav brez vpiha zaščitnega zraka. Pri visokih hitrostih je dodana zaščita. Kakovost obdelave plina je dobra, učinkovitost je visoka, zvari so gladki in ravni, stopnja izkoristka pa visoka. Primeren je za varjenje z zloženimi in penetracijskimi varjenji.
Večmodni laser: Velik premer jedra, nekoliko nižja gostota energije kot enomodni laser, topi nož, večja ključavnica, debelejša kovinska struktura, manjše razmerje med globino in širino ter pri enaki moči je globina prodiranja 30 % nižja kot pri enomodnem laserju, zato je primeren za uporabo pri obdelavi čelnih zvarov in obdelavi debelih plošč z velikimi montažnimi režami.
Kompozitni obročasti laserski kontrast
Hibridno varjenje: Polprevodniški laserski žarek z valovno dolžino 915 nm in vlakneni laserski žarek z valovno dolžino 1070 nm sta združena v isti varilni glavi. Oba laserska žarka sta koaksialno porazdeljena, goriščni ravnini obeh laserskih žarkov pa je mogoče prilagodljivo prilagajati, tako da ima izdelek polprevodniškolasersko varjenjezmogljivosti po varjenju. Učinek je svetel in ima globino vlakenlasersko varjenje.
Polprevodniki pogosto uporabljajo veliko svetlobno točko, večjo od 400 μm, ki je v glavnem odgovorna za predgrevanje materiala, taljenje površine materiala in povečanje absorpcijske stopnje vlakenskega laserja v materialu (absorpcijska stopnja laserja v materialu se povečuje z naraščanjem temperature).
Obročni laser: Dva modula vlakenskega laserja oddajata lasersko svetlobo, ki se prenaša na površino materiala skozi kompozitno optično vlakno (obročasto optično vlakno znotraj valjastega optičnega vlakna).
Dva laserska žarka z obročasto točko: zunanji obroč je odgovoren za razširitev odprtine ključavnice in taljenje materiala, notranji obročni laser pa za globino prodiranja, kar omogoča varjenje z izjemno nizkim brizganjem. Premer jedra notranjega in zunanjega obročnega laserja je mogoče prosto prilagajati, premer jedra pa je mogoče prosto prilagajati. Procesno okno je bolj prilagodljivo kot pri enem samem laserskem žarku.
Primerjava učinkov kompozitnega krožnega varjenja
Ker je hibridno varjenje kombinacija varjenja polprevodnikov s toplotno prevodnostjo in varjenja z globoko penetracijo optičnih vlaken, je penetracija zunanjega obroča plitvejša, metalografska struktura ostrejša in vitkejša; hkrati je videz toplotno prevoden, staljena lokva ima majhna nihanja, velik razpon in staljena lokva je bolj stabilna, kar se odraža v bolj gladkem videzu.
Ker je obročni laser kombinacija varjenja z globoko penetracijo in varjenja z globoko penetracijo, lahko zunanji obroč ustvari tudi globino penetracije, kar lahko učinkovito razširi odprtino ključavnice. Enaka moč ima večjo globino penetracije in debelejšo metalografijo, hkrati pa je stabilnost staljene kadi nekoliko manjša. Nihanje polprevodniških optičnih vlaken je nekoliko večje kot pri kompozitnem varjenju, hrapavost pa je relativno velika.
Čas objave: 20. oktober 2023
