مقارنة تأثيرات اللحام بالليزر بأقطار أساسية مختلفة

اللحام بالليزريمكن تحقيق ذلك باستخدام أشعة الليزر المستمرة أو النبضية. مبادئاللحام بالليزريمكن تقسيمها إلى لحام التوصيل الحراري واللحام الاختراق العميق بالليزر. عندما تكون كثافة الطاقة أقل من 104~105 واط/سم2، يكون هذا لحام التوصيل الحراري. في هذا الوقت، عمق الاختراق ضحل وسرعة اللحام بطيئة؛ عندما تكون كثافة الطاقة أكبر من 105 ~ 107 واط / سم 2، يكون السطح المعدني مقعرًا إلى "ثقوب" بسبب الحرارة، مما يشكل لحام اختراق عميق، والذي يتميز بخصائص سرعة اللحام السريعة ونسبة العرض إلى الارتفاع الكبيرة. مبدأ التوصيل الحرارياللحام بالليزرهو: يقوم إشعاع الليزر بتسخين السطح المراد معالجته، وتنتشر حرارة السطح إلى الداخل من خلال التوصيل الحراري. من خلال التحكم في معلمات الليزر مثل عرض نبضة الليزر والطاقة وذروة الطاقة وتردد التكرار، يتم صهر قطعة العمل لتكوين بركة منصهرة محددة.

يستخدم اللحام ذو الاختراق العميق بالليزر بشكل عام شعاع ليزر مستمر لإكمال توصيل المواد. تشبه عمليتها الفيزيائية المعدنية إلى حد كبير عملية اللحام بشعاع الإلكترون، أي أن آلية تحويل الطاقة تكتمل من خلال هيكل "ثقب المفتاح".

تحت إشعاع الليزر بكثافة طاقة عالية بما فيه الكفاية، تتبخر المادة وتتشكل ثقوب صغيرة. يشبه هذا الثقب الصغير المملوء بالبخار جسمًا أسود، يمتص تقريبًا كل طاقة الشعاع الساقط. تصل درجة حرارة التوازن في الحفرة إلى حوالي 2500 درجة°ج. تنتقل الحرارة من الجدار الخارجي للفتحة ذات درجة الحرارة العالية، مما يؤدي إلى ذوبان المعدن المحيط بالفتحة. يتم ملء الثقب الصغير بالبخار ذي درجة الحرارة العالية الناتج عن التبخر المستمر لمواد الجدار تحت إشعاع الحزمة. جدران الثقب الصغير محاطة بالمعدن المنصهر، والمعدن السائل محاط بمواد صلبة (في معظم عمليات اللحام التقليدية واللحام بالتوصيل بالليزر، تترسب الطاقة أولاً على سطح قطعة الشغل ثم تُنقل إلى الداخل عن طريق النقل ). يتطابق تدفق السائل خارج جدار الثقب والتوتر السطحي لطبقة الجدار مع ضغط البخار المتولد بشكل مستمر في تجويف الثقب ويحافظان على التوازن الديناميكي. يدخل شعاع الضوء بشكل مستمر إلى الثقب الصغير، وتتدفق المواد الموجودة خارج الثقب الصغير بشكل مستمر. عندما يتحرك شعاع الضوء، يكون الثقب الصغير دائمًا في حالة تدفق مستقرة.

وهذا يعني أن الثقب الصغير والمعدن المنصهر المحيط بجدار الثقب يتحركان للأمام بالسرعة الأمامية للحزمة الدليلية. يملأ المعدن المنصهر الفجوة المتبقية بعد إزالة الثقب الصغير ويتكثف وفقًا لذلك، ويتشكل اللحام. كل هذا يحدث بسرعة كبيرة بحيث يمكن أن تصل سرعة اللحام بسهولة إلى عدة أمتار في الدقيقة.

بعد فهم المفاهيم الأساسية لكثافة الطاقة، واللحام بالتوصيل الحراري، واللحام بالاختراق العميق، سنقوم بعد ذلك بإجراء تحليل مقارن لكثافة الطاقة والمراحل المعدنية لأقطار أساسية مختلفة.

مقارنة تجارب اللحام بناءً على أقطار نواة الليزر الشائعة في السوق:

كثافة الطاقة لموضع النقطة البؤرية لليزر بأقطار أساسية مختلفة

من منظور كثافة الطاقة، تحت نفس القوة، كلما كان القطر الأساسي أصغر، زاد سطوع الليزر وزاد تركيز الطاقة. إذا تمت مقارنة الليزر بسكين حاد، فكلما كان قطر النواة أصغر، كان الليزر أكثر حدة. كثافة الطاقة لليزر بقطر أساسي 14um هي أكثر من 50 مرة من الليزر بقطر أساسي 100um، وقدرة المعالجة أقوى. وفي الوقت نفسه، فإن كثافة الطاقة المحسوبة هنا هي مجرد كثافة متوسطة بسيطة. توزيع الطاقة الفعلي هو توزيع غاوسي تقريبي، وستكون الطاقة المركزية عدة أضعاف متوسط ​​كثافة الطاقة.

رسم تخطيطي لتوزيع طاقة الليزر بأقطار أساسية مختلفة

لون مخطط توزيع الطاقة هو توزيع الطاقة. كلما كان اللون أحمر، زادت الطاقة. الطاقة الحمراء هي المكان الذي تتركز فيه الطاقة. من خلال توزيع طاقة الليزر لأشعة الليزر بأقطار أساسية مختلفة، يمكن ملاحظة أن مقدمة شعاع الليزر ليست حادة وأن شعاع الليزر حاد. كلما كانت الطاقة أصغر، وأكثر تركيزا على نقطة واحدة، كلما كانت أكثر حدة وأقوى قدرتها على الاختراق.

مقارنة تأثيرات اللحام بالليزر بأقطار أساسية مختلفة

مقارنة الليزر بأقطار أساسية مختلفة:

(1) تستخدم التجربة سرعة 150 مم / ثانية، ولحام موضع التركيز، والمواد من سلسلة واحدة من الألومنيوم، بسمك 2 مم؛

(2) كلما زاد قطر النواة، زاد عرض الذوبان، وزادت المنطقة المتأثرة بالحرارة، وصغرت كثافة طاقة الوحدة. عندما يتجاوز القطر الأساسي 200 مم، ليس من السهل تحقيق عمق اختراق للسبائك عالية التفاعل مثل الألومنيوم والنحاس، ولا يمكن تحقيق لحام اختراق عميق أعلى إلا بالطاقة العالية؛

(3) تتمتع أشعة الليزر صغيرة النواة بكثافة طاقة عالية ويمكنها ثقب ثقوب المفاتيح بسرعة على سطح المواد ذات الطاقة العالية والمناطق الصغيرة المتأثرة بالحرارة. ومع ذلك، في الوقت نفسه، يكون سطح اللحام خشنًا، ويكون احتمال انهيار ثقب المفتاح مرتفعًا أثناء اللحام منخفض السرعة، ويتم إغلاق ثقب المفتاح أثناء دورة اللحام. الدورة طويلة والعيوب مثل العيوب والمسام معرضة لحدوثها. إنها مناسبة للمعالجة عالية السرعة أو المعالجة بمسار متأرجح.

(4) تحتوي أجهزة الليزر ذات القطر الأساسي الكبير على نقاط ضوئية أكبر وطاقة مشتتة أكثر، مما يجعلها أكثر ملاءمة لإعادة صهر الأسطح بالليزر، والكسوة، والتليين وغيرها من العمليات.