Kimpalan laserboleh dicapai menggunakan pancaran laser berterusan atau berdenyut. Prinsip-prinsipkimpalan laserboleh dibahagikan kepada kimpalan pengaliran haba dan kimpalan penembusan dalam laser. Apabila ketumpatan kuasa kurang daripada 104~105 W/cm2, ia adalah kimpalan pengaliran haba. Pada masa ini, kedalaman penembusan adalah cetek dan kelajuan kimpalan adalah perlahan; apabila ketumpatan kuasa lebih besar daripada 105~107 W/cm2, permukaan logam cekung ke dalam "lubang" disebabkan oleh haba, membentuk kimpalan penembusan dalam, yang mempunyai Ia mempunyai ciri-ciri kelajuan kimpalan cepat dan nisbah aspek yang besar. Prinsip pengaliran habakimpalan laserialah: sinaran laser memanaskan permukaan yang akan diproses, dan haba permukaan meresap ke bahagian dalam melalui pengaliran haba. Dengan mengawal parameter laser seperti lebar nadi laser, tenaga, kuasa puncak, dan kekerapan pengulangan, bahan kerja dicairkan untuk membentuk kolam lebur tertentu.
Kimpalan penembusan dalam laser secara amnya menggunakan pancaran laser berterusan untuk melengkapkan sambungan bahan. Proses fizikal metalurginya sangat serupa dengan kimpalan rasuk elektron, iaitu, mekanisme penukaran tenaga diselesaikan melalui struktur "lubang kunci".
Di bawah penyinaran laser dengan ketumpatan kuasa yang cukup tinggi, bahan menyejat dan lubang kecil terbentuk. Lubang kecil yang dipenuhi wap ini seperti badan hitam, menyerap hampir semua tenaga pancaran kejadian. Suhu keseimbangan dalam lubang mencapai kira-kira 2500°C. Haba dipindahkan dari dinding luar lubang suhu tinggi, menyebabkan logam yang mengelilingi lubang itu cair. Lubang kecil diisi dengan wap suhu tinggi yang dihasilkan oleh penyejatan berterusan bahan dinding di bawah penyinaran rasuk. Dinding lubang kecil dikelilingi oleh logam cair, dan logam cecair dikelilingi oleh bahan pepejal (dalam kebanyakan proses kimpalan konvensional dan kimpalan pengaliran laser, tenaga mula-mula Didepositkan pada permukaan bahan kerja dan kemudian diangkut ke pedalaman melalui pemindahan ). Aliran cecair di luar dinding lubang dan tegangan permukaan lapisan dinding berada dalam fasa dengan tekanan wap yang dijana secara berterusan dalam rongga lubang dan mengekalkan keseimbangan dinamik. Rasuk cahaya secara berterusan memasuki lubang kecil, dan bahan di luar lubang kecil terus mengalir. Semasa pancaran cahaya bergerak, lubang kecil sentiasa dalam keadaan aliran yang stabil.
Maksudnya, lubang kecil dan logam cair yang mengelilingi dinding lubang bergerak ke hadapan dengan kelajuan hadapan pancaran pandu. Logam cair mengisi jurang yang ditinggalkan selepas lubang kecil dikeluarkan dan terpeluwap dengan sewajarnya, dan kimpalan terbentuk. Semua ini berlaku dengan pantas sehingga kelajuan kimpalan boleh mencapai beberapa meter seminit dengan mudah.
Selepas memahami konsep asas ketumpatan kuasa, kimpalan kekonduksian terma, dan kimpalan penembusan dalam, kami seterusnya akan menjalankan analisis perbandingan ketumpatan kuasa dan fasa metalografi diameter teras yang berbeza.
Perbandingan eksperimen kimpalan berdasarkan diameter teras laser biasa di pasaran:
Ketumpatan kuasa kedudukan titik fokus laser dengan diameter teras yang berbeza
Dari perspektif ketumpatan kuasa, di bawah kuasa yang sama, lebih kecil diameter teras, lebih tinggi kecerahan laser dan lebih pekat tenaga. Jika laser dibandingkan dengan pisau tajam, lebih kecil diameter teras, lebih tajam laser. Ketumpatan kuasa laser diameter teras 14um adalah lebih daripada 50 kali ganda daripada laser diameter teras 100um, dan keupayaan pemprosesan adalah lebih kuat. Pada masa yang sama, ketumpatan kuasa yang dikira di sini hanyalah ketumpatan purata mudah. Pengagihan tenaga sebenar adalah anggaran taburan Gaussian, dan tenaga pusat akan menjadi beberapa kali ganda ketumpatan kuasa purata.
Gambar rajah skema pengagihan tenaga laser dengan diameter teras yang berbeza
Warna gambar rajah taburan tenaga ialah taburan tenaga. Semakin merah warna, semakin tinggi tenaga. Tenaga merah adalah tempat di mana tenaga tertumpu. Melalui pengagihan tenaga laser pancaran laser dengan diameter teras yang berbeza, dapat dilihat bahagian hadapan pancaran laser tidak tajam dan pancaran laser tajam. Semakin kecil, semakin tertumpu tenaga pada satu titik, semakin tajam ia dan semakin kuat keupayaan penembusannya.
Perbandingan kesan kimpalan laser dengan diameter teras yang berbeza
Perbandingan laser dengan diameter teras yang berbeza:
(1) Eksperimen menggunakan kelajuan 150mm/s, kimpalan kedudukan fokus, dan bahannya ialah 1 siri aluminium, tebal 2mm;
(2) Lebih besar diameter teras, lebih besar lebar lebur, lebih besar zon terjejas haba, dan lebih kecil ketumpatan kuasa unit. Apabila diameter teras melebihi 200um, tidak mudah untuk mencapai kedalaman penembusan pada aloi tindak balas tinggi seperti aluminium dan tembaga, dan kimpalan penembusan dalam yang lebih tinggi boleh dicapai hanya dengan kuasa tinggi;
(3) Laser teras kecil mempunyai ketumpatan kuasa tinggi dan boleh dengan cepat menebuk lubang kunci pada permukaan bahan dengan tenaga tinggi dan zon terjejas haba yang kecil. Walau bagaimanapun, pada masa yang sama, permukaan kimpalan adalah kasar, dan kebarangkalian keruntuhan lubang kunci adalah tinggi semasa kimpalan berkelajuan rendah, dan lubang kunci ditutup semasa kitaran kimpalan. Kitarannya panjang, dan kecacatan seperti kecacatan dan pori-pori mudah berlaku. Ia sesuai untuk pemprosesan atau pemprosesan berkelajuan tinggi dengan trajektori ayunan;
(4) Laser diameter teras besar mempunyai bintik-bintik cahaya yang lebih besar dan lebih banyak tenaga tersebar, menjadikannya lebih sesuai untuk pencairan permukaan laser, pelapisan, penyepuhlindapan dan proses lain.
Masa siaran: Okt-06-2023
