Зварювання — це процес з'єднання двох або більше металів разом шляхом застосування тепла. Зварювання зазвичай передбачає нагрівання матеріалу до точки плавлення, щоб основний метал розплавився, заповнивши проміжки між з'єднаннями, утворюючи міцне з'єднання. Лазерне зварювання — це метод з'єднання, який використовує лазер як джерело тепла.
Візьмемо, наприклад, акумулятор із квадратним корпусом: серцевина акумулятора з'єднана лазером через кілька деталей. Протягом усього процесу лазерного зварювання міцність з'єднання матеріалів, ефективність виробництва та рівень дефектів – це три питання, які найбільше турбують галузь. Міцність з'єднання матеріалів може відображатися глибиною та шириною металографічного проникнення (тісно пов'язаними з джерелом лазерного світла); ефективність виробництва головним чином пов'язана з технологічною здатністю джерела лазерного світла; рівень дефектів головним чином пов'язаний з вибором джерела лазерного світла; тому в цій статті розглядаються найпоширеніші на ринку джерела. Проведено просте порівняння кількох джерел лазерного світла, сподіваючись допомогти іншим розробникам процесів.
Тому щолазерне зварюванняце, по суті, процес перетворення світла в тепло, який включає кілька ключових параметрів: якість променя (BBP, M2, кут розбіжності), щільність енергії, діаметр осердя, форма розподілу енергії, адаптивна зварювальна головка, обробка. Вікна процесу та оброблювані матеріали в основному використовуються для аналізу та порівняння джерел лазерного світла з цих напрямків.
Порівняння одномодових та багатомодових лазерів
Визначення одномодового багатомодового режиму:
Одномодовий режим стосується єдиної схеми розподілу лазерної енергії на двовимірній площині, тоді як багатомодовий режим стосується просторової схеми розподілу енергії, утвореної суперпозицією кількох схем розподілу. Загалом, розмір коефіцієнта якості променя M2 може бути використаний для оцінки того, чи є вихідний сигнал волоконного лазера одномодовим чи багатомодовим: M2 менше 1,3 - це чистий одномодовий лазер, M2 між 1,3 та 2,0 - це квазіодномодовий лазер (кілька мод), а M2 більше 2,0 - для багатомодових лазерів.
Тому щолазерне зварюванняце, по суті, процес перетворення світла в тепло, який включає кілька ключових параметрів: якість променя (BBP, M2, кут розбіжності), щільність енергії, діаметр осердя, форма розподілу енергії, адаптивна зварювальна головка, обробка. Вікна процесу та оброблювані матеріали в основному використовуються для аналізу та порівняння джерел лазерного світла з цих напрямків.
Порівняння одномодових та багатомодових лазерів
Визначення одномодового багатомодового режиму:
Одномодовий режим стосується єдиної схеми розподілу лазерної енергії на двовимірній площині, тоді як багатомодовий режим стосується просторової схеми розподілу енергії, утвореної суперпозицією кількох схем розподілу. Загалом, розмір коефіцієнта якості променя M2 може бути використаний для оцінки того, чи є вихідний сигнал волоконного лазера одномодовим чи багатомодовим: M2 менше 1,3 - це чистий одномодовий лазер, M2 між 1,3 та 2,0 - це квазіодномодовий лазер (кілька мод), а M2 більше 2,0 - для багатомодових лазерів.
Як показано на рисунку: На рисунку b показано розподіл енергії однієї основної моди, причому розподіл енергії в будь-якому напрямку, що проходить через центр кола, має форму гаусової кривої. На рисунку a показано багатомодовий розподіл енергії, який являє собою просторовий розподіл енергії, утворений суперпозицією кількох одиночних лазерних мод. Результатом багатомодової суперпозиції є крива з плоскою вершиною.
Поширені одномодові лазери: IPG YLR-2000-SM, SM – це абревіатура від Single Mode. У розрахунках використовується колімований фокус 150-250 для визначення розміру фокусної плями, щільність енергії становить 2000 Вт, а щільність фокусної енергії використовується для порівняння.
Порівняння одномодового та багатомодового режимівлазерне зварюванняефекти
Одномодовий лазер: малий діаметр серцевини, висока щільність енергії, сильна проникність, мала зона термічного впливу, подібний до гострого ножа, особливо підходить для зварювання тонких пластин та високошвидкісного зварювання, а також може використовуватися з гальванометрами для обробки крихітних деталей та деталей з високою відбивною здатністю (надзвичайно відбивні деталі) (вуха, з'єднувальні елементи тощо), як показано на малюнку вище, одномодовий має менший отвір для замка та обмежений об'єм внутрішньої пари металу під високим тиском, тому він зазвичай не має дефектів, таких як внутрішні пори. На низьких швидкостях зовнішній вигляд шорсткий без продування захисним повітрям. На високих швидкостях додається захист. Якість обробки газом хороша, ефективність висока, зварні шви гладкі та плоскі, а коефіцієнт текучості високий. Він підходить для зварювання штабелями та зварювання проплавленням.
Багатомодовий лазер: великий діаметр серцевини, трохи нижча щільність енергії, ніж у одномодового лазера, тупий ніж, більший отвір для різання, товстіша металева структура, менше співвідношення глибини до ширини, і при тій самій потужності глибина проникнення на 30% менша, ніж у одномодового лазера, тому він підходить для обробки стикових зварних швів та обробки товстих листів з великими монтажними зазорами.
Композитний кільцевий лазерний контраст
Гібридне зварювання: напівпровідниковий лазерний промінь з довжиною хвилі 915 нм та волоконний лазерний промінь з довжиною хвилі 1070 нм поєднані в одній зварювальній головці. Два лазерні промені розподілені коаксіально, а фокальні площини двох лазерних променів можна гнучко регулювати, завдяки чому виріб має як напівпровідникові, так і...лазерне зварюванняможливості після зварювання. Ефект яскравий і має глибину волокналазерне зварювання.
Напівпровідники часто використовують велику світлову пляму розміром понад 400 мкм, яка головним чином відповідає за попереднє нагрівання матеріалу, плавлення поверхні матеріалу та збільшення коефіцієнта поглинання матеріалом волоконного лазера (коефіцієнт поглинання матеріалом лазера збільшується зі збільшенням температури).
Кільцевий лазер: Два волоконні лазерні модулі випромінюють лазерне світло, яке передається на поверхню матеріалу через композитне оптичне волокно (кільцеве оптичне волокно всередині циліндричного оптичного волокна).
Два лазерні промені з кільцевою плямою: зовнішнє кільце відповідає за розширення отвору замкової щілини та плавлення матеріалу, а внутрішній кільцевий лазер відповідає за глибину проникнення, що забезпечує зварювання з наднизьким розбризкуванням. Діаметри сердечника потужності внутрішнього та зовнішнього кільцевого лазера можна вільно підбирати, а діаметр сердечника можна вільно підбирати. Вікно процесу є більш гнучким, ніж у одного лазерного променя.
Порівняння ефектів композитного кругового зварювання
Оскільки гібридне зварювання є поєднанням зварювання напівпровідників теплопровідністю та зварювання глибоким проникненням волоконно-оптичним зварюванням, проникнення зовнішнього кільця є менш глибоким, металографічна структура чіткішою та стрункішою; водночас зовнішній вигляд є теплопровідним, розплавлена ванна має невеликі коливання, великий діапазон, і розплавлена ванна є більш стабільною, що відображається у більш гладкому зовнішньому вигляді.
Оскільки кільцевий лазер є комбінацією зварювання глибоким проникненням та зварюванням глибоким проникненням, зовнішнє кільце також може створювати глибину проникнення, що може ефективно розширити отвір замкової щілини. Та ж потужність має більшу глибину проникнення та товстіший металографічний шар, але водночас стабільність розплавленої ванни трохи менша, ніж у оптичного волокна та напівпровідника. Коливання оптичного волокна та напівпровідника трохи більше, ніж у композитного зварювання, а шорсткість відносно велика.
Час публікації: 20 жовтня 2023 р.
