Perbandingan efek pengelasan laser dengan diameter inti berbeda
Pemrosesan laser pada bahan logam terutama merupakan pemrosesan termal berdasarkan efek fototermal. Ketika laser menyinari permukaan material, luas permukaan material akan mengalami berbagai perubahan pada kepadatan daya yang berbeda. Perubahan ini meliputi peningkatan suhu permukaan, pencairan, penguapan, pembentukan lubang kunci, dan pembentukan fotoplasma. Selain itu, perubahan keadaan fisik wilayah permukaan material sangat mempengaruhi penyerapan sinar laser pada material. Secara umum, semakin tinggi suhunya, semakin tinggi pula tingkat penyerapan sinar laser pada material tersebut. Dengan meningkatnya kepadatan daya dan waktu aksi, material logam akan mengalami perubahan keadaan fisik berikut, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 [1].
Ada dua inti pengelasan laser: perpindahan panas dan konduksi panas. Perpindahan panas berhubungan dengan sumber panas, kepadatan daya dan energi saluran; Aliran udara untuk menyempurnakan. Dalam proses pengelasan, sumber panas, kepadatan daya, dan energi saluran terutama disesuaikan. Parameter proses yang terlibat meliputi: pemilihan diameter inti laser, daya, kecepatan, dan jumlah pengaburan. Mengingat artikel ini terutama berfokus pada laser dengan diameter inti berbeda dan terutama melibatkan kepadatan daya yang berbeda, Gambar 2 menunjukkan rumus perhitungan sederhana kepadatan daya:
Ada dua jenis utama pengelasan laser menurut tingkat penyerapan proses pengelasannya, salah satunya adalah pengelasan konduksi panas (rasio kedalaman-lebar).<1, laser absorption rate of red light is within 20%, and different wavelengths are different), and the other is deep penetration welding (Aspect ratio > 1, the absorption rate is greater than the absorption rate of the molten pool of the material, more than 60%, mainly due to the multiple reflection and absorption of the laser in the keyhole).
Pengelasan konduksi panas laser:
Iradiasi laser yang berbeda akan menyebabkan perubahan kondisi material yang berbeda, yang tercermin dalam proses pengelasan sebagai dua mode pengelasan yang umum: pengelasan konduksi panas laser dan pengelasan penetrasi dalam laser. Proses perpindahan panas, mekanisme pembentukan las, karakteristik proses dan jangkauan penerapan keduanya sangat berbeda.
Mode pengelasan konduksi panas laser:
Selama pengelasan konduksi panas, radiasi laser yang disinari pada permukaan benda kerja berada pada kisaran 10E4~10E6W/cm, dan energi laser diserap oleh lapisan tipis 10~100m di permukaan. Energi laser di permukaan ditransmisikan ke bagian dalam material melalui konduksi panas, dan laser tidak dapat disentuh secara langsung. Setelah periode iradiasi laser tertentu, permukaan mencapai titik leleh, dan isoterm leleh ini menyebar jauh ke dalam material, dan suhu permukaan terus meningkat. Namun yang tertinggi hanya dapat mencapai titik didih material, setinggi apapun suhunya, material akan menguap dan membentuk lubang-lubang, proses pengelasan konduksi panas yang stabil akan hancur, kolam lelehan akan berosilasi, dan material akan menjadi. dibakar. Umumnya pengelasan konduksi panas banyak digunakan pada pelat tipis. Dalam hal ini Perlu untuk mengakhirinya. Dengan pergerakan relatif sinar laser dan benda kerja, lapisan las yang dangkal dan lebar terbentuk, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Rasio kedalaman dan lebar lapisan las kecil, dan lebar lapisan las umumnya lebih dari dua kali kedalaman penetrasi. Gambar di bawah menunjukkan tampilan penampang lapisan las konduksi panas laser yang khas, dan bentuk lapisan las kira-kira berbentuk setengah bola.
Perbandingan laser diameter inti yang berbeda:
(1) Kecepatan percobaan 150mm/s, posisi fokus dilas, bahan aluminium seri 1, dan ketebalan 2mm;
(2) Semakin besar diameter inti, semakin besar lebar fusi, semakin besar zona yang terkena panas, dan semakin kecil rapat daya satuan. Ketika diameter inti melebihi 200um, tidak mudah untuk mencapai kedalaman penetrasi pada paduan reaksi tinggi seperti aluminium dan tembaga, dan membutuhkan Daya yang lebih tinggi untuk mencapai pengelasan penetrasi yang dalam;
(3) Laser berdiameter inti kecil memiliki kepadatan daya yang tinggi, dapat dengan cepat membuat lubang kunci pada permukaan material dengan energi tinggi, dan memiliki zona kecil yang terkena panas, tetapi pada saat yang sama permukaan lasnya kasar, the kemungkinan keruntuhan lubang kunci tinggi selama pengelasan kecepatan rendah, dan lubang kunci ditutup selama siklus pengelasan Siklus panjang, mudah menghasilkan cacat, pori-pori dan cacat lainnya, cocok untuk pemrosesan berkecepatan tinggi atau pemrosesan dengan jalur ayun;
(4) Laser berdiameter besar lebih cocok untuk peleburan kembali permukaan laser, pelapisan, anil, dan proses lainnya karena titiknya yang besar dan energinya lebih tersebar.
Bahan reflektif tinggi: aluminium, tembaga, baja tahan karat, nikel, molibdenum, dll.;
(1) Bahan dengan reflektifitas tinggi perlu memilih laser berdiameter kecil. Menggunakan sinar laser berdensitas daya tinggi untuk memanaskan material dengan cepat ke keadaan cair atau menguap, meningkatkan laju penyerapan laser pada material, dan mencapai pemrosesan yang efisien dan cepat. Sangat mudah untuk memilih laser dengan diameter inti yang besar. Menyebabkan refleksi tinggi, menyebabkan pengelasan virtual, dan bahkan membakar laser;
Bahan sensitif retak: nikel, tembaga berlapis nikel, aluminium, baja tahan karat, paduan titanium, dll.
(2) Bahan semacam ini umumnya memerlukan kontrol ketat terhadap zona yang terkena dampak panas dan memerlukan kolam cair kecil. Lebih tepat memilih laser berdiameter kecil;
Pemrosesan laser berkecepatan tinggi:
(3) Pengelasan penetrasi dalam memerlukan pemrosesan laser berkecepatan tinggi, dan perlu memilih laser dengan kepadatan energi tinggi untuk memastikan bahwa energi garis cukup untuk melelehkan material dengan kecepatan tinggi, terutama untuk pengelasan putaran, pengelasan penetrasi, dan pengelasan inti kecil lainnya yang memerlukan kedalaman penetrasi tinggi. Laser radial lebih cocok.
Advantages and applications of large core lasers (>100um):
Diameter inti besar dan titik besar, area cakupan panas besar, permukaan aksi lebar, dan hanya mencapai peleburan mikro pada permukaan material, sangat cocok untuk aplikasi pelapisan laser, peleburan ulang laser, anil laser, pengerasan laser, dll. area, titik yang besar berarti produktivitas yang lebih tinggi dan cacat yang lebih rendah (solder konduksi panas hampir bebas cacat).
Dalam hal pengelasan, titik besar terutama digunakan untuk pengelasan komposit, yang digunakan untuk peracikan dengan laser berdiameter inti kecil: titik besar membuat permukaan material sedikit meleleh, berubah dari padat menjadi cair, yang sangat meningkatkan tingkat penyerapan. bahan ke laser, dan kemudian menggunakan inti kecil. Dalam proses ini, karena pemanasan awal pada titik besar, pasca-pemrosesan, dan gradien suhu besar yang diberikan ke kolam cair, bahan tidak rentan terhadap cacat retak yang disebabkan dengan pemanasan cepat dan pendinginan cepat. Hal ini dapat membuat tampilan lasan menjadi lebih halus, dan pada saat yang sama menghasilkan hujan rintik-rintik yang lebih rendah dibandingkan solusi laser tunggal.
