Suvirinimas – tai dviejų ar daugiau metalų sujungimo procesas, kurio metu naudojama šiluma. Suvirinimas paprastai apima medžiagos kaitinimą iki lydymosi temperatūros, kad bazinis metalas išsilydytų ir užpildytų tarpus tarp jungčių, suformuodamas tvirtą jungtį. Lazerinis suvirinimas – tai jungimo metodas, kai lazeris naudojamas kaip šilumos šaltinis.
Paimkime kaip pavyzdį kvadratinio korpuso bateriją: baterijos šerdis sujungiama lazeriu per kelias dalis. Viso lazerinio suvirinimo proceso metu medžiagos sujungimo stiprumas, gamybos efektyvumas ir defektų dažnis yra trys klausimai, kurie labiausiai neramina pramonę. Medžiagos sujungimo stiprumą gali atspindėti metalografinis įsiskverbimo gylis ir plotis (glaudžiai susiję su lazerio šviesos šaltiniu); gamybos efektyvumas daugiausia susijęs su lazerio šviesos šaltinio apdorojimo galimybėmis; defektų dažnis daugiausia susijęs su lazerio šviesos šaltinio pasirinkimu; todėl šiame straipsnyje aptariami dažniausiai rinkoje esantys lazerio šviesos šaltiniai. Atliekamas paprastas kelių lazerio šviesos šaltinių palyginimas, siekiant padėti kitiems procesų kūrėjams.
Neslazerinis suvirinimasIš esmės tai šviesos pavertimo šiluma procesas, kuriame dalyvauja keli pagrindiniai parametrai: spindulio kokybė (BBP, M2, skersmens kampas), energijos tankis, šerdies skersmuo, energijos pasiskirstymo forma, adaptyvi suvirinimo galvutė, apdorojimas. Proceso langai ir apdorojamos medžiagos daugiausia naudojami lazerio šviesos šaltiniams iš šių krypčių analizuoti ir palyginti.
Vienmodžių ir daugiamodžių lazerių palyginimas
Vieno režimo ir kelių režimų apibrėžimas:
Vieno režimo lazeris reiškia vieną lazerio energijos pasiskirstymo modelį dvimatėje plokštumoje, o daugiamodis – erdvinį energijos pasiskirstymo modelį, susidarantį sudėjus kelis pasiskirstymo modelius. Paprastai pagal spindulio kokybės M2 koeficientą galima spręsti, ar šviesolaidinio lazerio išvestis yra vieno režimo, ar daugiamodė: M2, mažesnis nei 1,3, yra grynas vieno režimo lazeris, M2 tarp 1,3 ir 2,0 yra kvazi vieno režimo lazeris (mažo režimo), o M2, didesnis nei 2,0. Tai daugiamodės lazerio ypatybės.
Neslazerinis suvirinimasIš esmės tai šviesos pavertimo šiluma procesas, kuriame dalyvauja keli pagrindiniai parametrai: spindulio kokybė (BBP, M2, skersmens kampas), energijos tankis, šerdies skersmuo, energijos pasiskirstymo forma, adaptyvi suvirinimo galvutė, apdorojimas. Proceso langai ir apdorojamos medžiagos daugiausia naudojami lazerio šviesos šaltiniams iš šių krypčių analizuoti ir palyginti.
Vienmodžių ir daugiamodžių lazerių palyginimas
Vieno režimo ir kelių režimų apibrėžimas:
Vieno režimo lazeris reiškia vieną lazerio energijos pasiskirstymo modelį dvimatėje plokštumoje, o daugiamodis – erdvinį energijos pasiskirstymo modelį, susidarantį sudėjus kelis pasiskirstymo modelius. Paprastai pagal spindulio kokybės M2 koeficientą galima spręsti, ar šviesolaidinio lazerio išvestis yra vieno režimo, ar daugiamodė: M2, mažesnis nei 1,3, yra grynas vieno režimo lazeris, M2 tarp 1,3 ir 2,0 yra kvazi vieno režimo lazeris (mažo režimo), o M2, didesnis nei 2,0. Tai daugiamodės lazerio ypatybės.
Kaip parodyta paveiksle: b paveiksle parodytas vieno pagrindinio modo energijos pasiskirstymas, o energijos pasiskirstymas bet kuria kryptimi, einančia per apskritimo centrą, yra Gauso kreivės pavidalo. a paveiksle parodytas daugiamodžių energijos pasiskirstymas, kuris yra erdvinis energijos pasiskirstymas, susidarantis dėl kelių vieno lazerio modų superpozicijos. Daugiamodžių superpozicijos rezultatas yra plokščia kreivė.
Įprasti vienmodžiai lazeriai: IPG YLR-2000-SM, kur SM yra vieno režimo santrumpa. Skaičiavimams naudojamas kolimuotas fokusavimas 150–250, siekiant apskaičiuoti fokusavimo taško dydį, energijos tankis yra 2000 W, o fokusavimo energijos tankis naudojamas palyginimui.
Vieno ir kelių režimų palyginimaslazerinis suvirinimasefektai
Vieno režimo lazeris: mažas šerdies skersmuo, didelis energijos tankis, stiprus įsiskverbimas, maža karščio paveikta zona, panašus į aštrų peilį, ypač tinka plonoms plokštėms suvirinti ir greitaeigiam suvirinimui, gali būti naudojamas su galvanometrais mažoms detalėms ir labai atspindinčioms detalėms (itin atspindinčioms detalėms) apdirbti (kaip parodyta paveikslėlyje aukščiau). Vieno režimo lazeris turi mažesnę rakto skylutę ir ribotą vidinių aukšto slėgio metalo garų kiekį, todėl paprastai neturi defektų, tokių kaip vidinės poros. Esant mažam greičiui, vaizdas yra šiurkštus, nepučiant apsauginio oro. Esant dideliam greičiui, apsauga pridedama. Dujų apdorojimo kokybė gera, efektyvumas didelis, suvirinimo siūlės lygios ir plokščios, o našumas didelis. Tinka suvirinimui su kaminu ir skverbiamuoju suvirinimu.
Daugiamodis lazeris: didelis šerdies skersmuo, šiek tiek mažesnis energijos tankis nei vienmodžio lazerio, bukas peilis, didesnė skylutė, storesnė metalinė konstrukcija, mažesnis gylio ir pločio santykis, o esant tokiai pačiai galiai, įsiskverbimo gylis yra 30 % mažesnis nei vienmodžio lazerio, todėl tinka naudoti suvirinimo siūlių ir storų plokščių su dideliais surinkimo tarpais apdirbimui.
Kompozitinio žiedo lazerinis kontrastas
Hibridinis suvirinimas: toje pačioje suvirinimo galvutėje sujungti 915 nm bangos ilgio puslaidininkinio lazerio spindulys ir 1070 nm bangos ilgio šviesolaidinio lazerio spindulys. Du lazerio spinduliai yra paskirstyti koaksialiai, o jų židinio plokštumas galima lanksčiai reguliuoti, kad gaminys turėtų ir puslaidininkinį, ir...lazerinis suvirinimasgalimybės po suvirinimo. Efektas yra ryškus ir turi pluošto gylįlazerinis suvirinimas.
Puslaidininkiai dažnai naudoja didelę, daugiau nei 400 μm, šviesos dėmę, kuri daugiausia atsakinga už medžiagos pašildymą, medžiagos paviršiaus lydymą ir medžiagos skaidulinio lazerio absorbcijos greičio padidėjimą (medžiagos lazerio absorbcijos greitis didėja kylant temperatūrai).
Žiedinis lazeris: du šviesolaidinio lazerio moduliai skleidžia lazerio šviesą, kuri perduodama į medžiagos paviršių per sudėtinį optinį pluoštą (žiedinį optinį pluoštą cilindriniame optiniame pluošte).
Du lazerio spinduliai su žiedine taškine vieta: išorinis žiedas atsakingas už rakto skylutės angos išplėtimą ir medžiagos lydymą, o vidinis žiedo lazeris atsakingas už įsiskverbimo gylį, todėl suvirinimas atliekamas itin mažai taškantis. Vidinio ir išorinio žiedo lazerio galios šerdies skersmenis galima laisvai suderinti, o šerdies skersmuo gali būti laisvai derinamas. Proceso langas yra lankstesnis nei vieno lazerio spindulio.
Kompozitinio-apvalaus suvirinimo efektų palyginimas
Kadangi hibridinis suvirinimas yra puslaidininkių šilumos laidumo suvirinimo ir šviesolaidinio gilaus įsiskverbimo suvirinimo derinys, išorinio žiedo įsiskverbimas yra seklesnis, metalografinė struktūra yra ryškesnė ir plonesnė; tuo pačiu metu išvaizda yra šilumos laidumas, išlydyto vandens telkinys turi nedidelius svyravimus, didelį diapazoną, o išlydyto vandens telkinys yra stabilesnis, todėl atrodo lygesnis.
Kadangi žiedinis lazeris yra gilaus įsiskverbimo ir gilaus įsiskverbimo suvirinimo derinys, išorinis žiedas taip pat gali sukurti įsiskverbimo gylį, kuris gali efektyviai išplėsti rakto skylės angą. Ta pati galia turi didesnį įsiskverbimo gylį ir storesnę metalografiją, tačiau tuo pačiu metu išlydyto vandens telkinio stabilumas yra šiek tiek mažesnis nei [neaišku, kas tai yra]. Optinio pluošto puslaidininkio svyravimai yra šiek tiek didesni nei kompozicinio suvirinimo, o šiurkštumas yra gana didelis.
Įrašo laikas: 2023 m. spalio 20 d.
