Spawanie to proces łączenia dwóch lub więcej metali poprzez zastosowanie ciepła. Spawanie zazwyczaj polega na podgrzaniu materiału do temperatury topnienia, tak aby metal bazowy stopił się i wypełnił szczeliny między spoinami, tworząc mocne połączenie. Spawanie laserowe to metoda łączenia wykorzystująca laser jako źródło ciepła.
Weźmy na przykład akumulator o kwadratowej obudowie: rdzeń akumulatora jest połączony laserowo z wieloma elementami. Podczas całego procesu spawania laserowego, wytrzymałość połączenia materiału, wydajność produkcji i wskaźnik defektów to trzy kwestie, na których branża skupia się najbardziej. Wytrzymałość połączenia materiału można odzwierciedlić poprzez głębokość i szerokość penetracji metalograficznej (ściśle powiązane ze źródłem światła laserowego); wydajność produkcji zależy głównie od możliwości przetwarzania źródła światła laserowego; wskaźnik defektów zależy głównie od wyboru źródła światła laserowego; dlatego w tym artykule omówiono najpopularniejsze źródła światła dostępne na rynku. Przeprowadzono proste porównanie kilku źródeł światła laserowego, mając nadzieję, że pomoże to innym twórcom procesów.
Ponieważspawanie laserowejest w zasadzie procesem konwersji światła na ciepło, przy czym kilka kluczowych parametrów to: jakość wiązki (BBP, M2, kąt rozbieżności), gęstość energii, średnica rdzenia, forma rozkładu energii, adaptacyjna głowica spawalnicza, przetwarzanie Okna procesowe i materiały nadające się do obróbki służą głównie do analizy i porównywania źródeł światła laserowego z tych kierunków.
Porównanie laserów jednomodowych i wielomodowych
Definicja trybu jedno- i wielomodowego:
Termin „mod pojedynczy” odnosi się do pojedynczego rozkładu energii lasera na płaszczyźnie dwuwymiarowej, natomiast termin „mod wielomodowy” odnosi się do przestrzennego rozkładu energii utworzonego przez superpozycję wielu rozkładów. Zasadniczo, wartość współczynnika jakości wiązki M2 może być użyta do oceny, czy wyjście lasera światłowodowego jest jedno- czy wielomodowe: M2 mniejsze niż 1,3 oznacza laser czysto jednomodowy, M2 pomiędzy 1,3 a 2,0 oznacza laser quasi-jednomodowy (kilka modów), a M2 większe niż 2,0. Dotyczy to laserów wielomodowych.
Ponieważspawanie laserowejest w zasadzie procesem konwersji światła na ciepło, przy czym kilka kluczowych parametrów to: jakość wiązki (BBP, M2, kąt rozbieżności), gęstość energii, średnica rdzenia, forma rozkładu energii, adaptacyjna głowica spawalnicza, przetwarzanie Okna procesowe i materiały nadające się do obróbki służą głównie do analizy i porównywania źródeł światła laserowego z tych kierunków.
Porównanie laserów jednomodowych i wielomodowych
Definicja trybu jedno- i wielomodowego:
Termin „mod pojedynczy” odnosi się do pojedynczego rozkładu energii lasera na płaszczyźnie dwuwymiarowej, natomiast termin „mod wielomodowy” odnosi się do przestrzennego rozkładu energii utworzonego przez superpozycję wielu rozkładów. Zasadniczo, wartość współczynnika jakości wiązki M2 może być użyta do oceny, czy wyjście lasera światłowodowego jest jedno- czy wielomodowe: M2 mniejsze niż 1,3 oznacza laser czysto jednomodowy, M2 pomiędzy 1,3 a 2,0 oznacza laser quasi-jednomodowy (kilka modów), a M2 większe niż 2,0. Dotyczy to laserów wielomodowych.
Jak pokazano na rysunku: Rysunek b przedstawia rozkład energii pojedynczego modu podstawowego, a rozkład energii w dowolnym kierunku przechodzącym przez środek okręgu ma postać krzywej Gaussa. Rysunek a przedstawia rozkład energii wielomodowej, czyli przestrzenny rozkład energii utworzony przez superpozycję wielu pojedynczych modów lasera. Rezultatem superpozycji wielomodowej jest krzywa o płaskim wierzchołku.
Popularne lasery jednomodowe: IPG YLR-2000-SM, SM to skrót od Single Mode (Single Mode). Obliczenia wykorzystują ogniskowanie kolimacyjne 150-250 do obliczenia rozmiaru plamki ogniskowej, gęstość energii wynosi 2000 W, a gęstość energii ogniskowej służy do porównania.
Porównanie trybu jednomodowego i wielomodowegospawanie laseroweruchomości
Laser jednomodowy: mała średnica rdzenia, wysoka gęstość energii, duża zdolność penetracji, mała strefa wpływu ciepła, podobny do ostrego noża, szczególnie odpowiedni do spawania cienkich blach i spawania z dużą prędkością, może być używany z galwanometrami do obróbki małych części i części silnie odblaskowych (części o ekstremalnym odbiciu światła, elementów łączących itp.), jak pokazano na powyższym rysunku, laser jednomodowy ma mniejszy otwór i ograniczoną objętość wewnętrznej pary metalu pod wysokim ciśnieniem, więc generalnie nie ma defektów, takich jak wewnętrzne pory. Przy niskich prędkościach powierzchnia jest szorstka bez nadmuchu powietrza ochronnego. Przy wysokich prędkościach dodawana jest ochrona. Jakość obróbki gazowej jest dobra, wydajność jest wysoka, spoiny są gładkie i płaskie, a współczynnik wydajności jest wysoki. Nadaje się do spawania warstwowego i spawania przetopowego.
Laser wielomodowy: duża średnica rdzenia, nieco niższa gęstość energii niż w przypadku lasera jednomodowego, tępy nóż, większy otwór, grubsza struktura metalu, mniejszy stosunek głębokości do szerokości, a przy tej samej mocy głębokość penetracji jest o 30% mniejsza niż w przypadku lasera jednomodowego, więc nadaje się do stosowania w obróbce spoin czołowych i obróbce grubych płyt z dużymi szczelinami montażowymi.
Kontrast laserowy pierścieniowo-kompozytowy
Spawanie hybrydowe: Wiązka lasera półprzewodnikowego o długości fali 915 nm i wiązka lasera światłowodowego o długości fali 1070 nm są połączone w tej samej głowicy spawalniczej. Obie wiązki laserowe są rozmieszczone współosiowo, a płaszczyzny ogniskowe obu wiązek laserowych można elastycznie regulować, dzięki czemu produkt ma zarówno półprzewodnikowy, jak i światłowodowy charakter.spawanie laserowemożliwości po spawaniu. Efekt jest jasny i ma głębię włóknaspawanie laserowe.
Półprzewodniki często wykorzystują dużą plamkę świetlną o średnicy ponad 400 mikrometrów, która odpowiada głównie za wstępne podgrzanie materiału, stopienie jego powierzchni i zwiększenie współczynnika absorpcji lasera światłowodowego (współczynnik absorpcji lasera przez materiał wzrasta wraz ze wzrostem temperatury).
Laser pierścieniowy: Dwa moduły lasera światłowodowego emitują światło laserowe, które jest przesyłane na powierzchnię materiału przez kompozytowe włókno optyczne (pierścieniowe włókno optyczne wewnątrz cylindrycznego włókna optycznego).
Dwie wiązki laserowe z pierścieniową plamką: pierścień zewnętrzny odpowiada za rozszerzenie otworu i stopienie materiału, a laser pierścieniowy wewnętrzny odpowiada za głębokość penetracji, umożliwiając spawanie z ultraniską ilością odprysków. Średnice rdzeni mocy lasera pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego można dowolnie dobierać, podobnie jak średnica rdzenia. Okno procesowe jest bardziej elastyczne niż w przypadku pojedynczej wiązki laserowej.
Porównanie efektów spawania kompozytowo-kołowego
Ponieważ spawanie hybrydowe jest połączeniem spawania półprzewodnikowego z wykorzystaniem przewodnictwa cieplnego oraz spawania światłowodowego z głęboką penetracją, penetracja pierścienia zewnętrznego jest płytsza, struktura metalograficzna jest ostrzejsza i smuklejsza; jednocześnie wygląd przewodnictwa cieplnego jest lepszy, jeziorko stopionego metalu ma małe wahania, duży zakres, a samo jeziorko stopionego metalu jest bardziej stabilne, co przekłada się na gładszy wygląd.
Ponieważ laser pierścieniowy łączy w sobie spawanie z głębokim wtopieniem i spawanie z głębokim wtopieniem, pierścień zewnętrzny może również zapewnić głęboką penetrację, co skutecznie poszerza otwór w oczku klucza. Ta sama moc zapewnia większą głębokość penetracji i grubszą metalografię, ale jednocześnie stabilność jeziorka stopionego metalu jest nieco mniejsza niż w przypadku spawania półprzewodników światłowodowych. Fluktuacje półprzewodników światłowodowych są nieco większe niż w przypadku spawania kompozytów, a chropowatość jest stosunkowo duża.
Czas publikacji: 20-10-2023
