Введение:
Слышали ли вы о лазерной сварке глубокого проникновения? Лазерная сварка глубокого проникновения - это передовая технология сварки. При лазерной сварке с глубоким проникновением (DPLW) используется высокоэнергетический лазерный луч для создания глубоких и узких сварных швов в различных материалах, обычно металлах. В этом посте мы рассмотрим, как она работает, а также ее плюсы и минусы.
Принцип лазерной сварки
Непрерывные или импульсные лазерные лучи могут достичь лазерной сварки. Принцип лазерной сварки можно разделить на сварку теплопроводности и лазерную сварку глубокого проникновения.
- Когда плотность мощности не превышает 104~105 Вт/см2, это сварка с теплопроводностью. В это время глубина проплавления небольшая, а скорость сварки низкая;
- Когда плотность мощности превышает 105~107 Вт/см2, поверхность металла погружается в "полости" в результате нагрева, образуя сварку с глубоким проплавлением. Она характеризуется высокой скоростью сварки и большим соотношением сторон.
Принцип теплопроводности лазерной сварки заключается в том, что лазерное излучение нагревает обрабатываемую поверхность. И тепло от поверхности распространяется внутрь за счет теплопроводности. Контролируя параметры лазера, такие как ширина лазерного импульса, энергия, пиковая мощность и частота повторения, заготовка расплавляется, образуя определенный расплавленный бассейн. Лазерная сварочная машина, используемая для сварки зубчатых колес и металлургических тонких пластин, в основном включает в себя лазерную сварку глубокого проникновения.
Ниже рассматривается принцип лазерной сварки глубокого проникновения.
Принцип лазерной сварки глубокого проникновения
Лазерная сварка глубокого проникновения обычно использует непрерывные лазерные лучи для завершения соединения материалов. Ее металлургический физический процесс очень похож на электронно-лучевую сварку. Механизм преобразования энергии осуществляется через структуру "ключ-отверстие". При достаточно высокой плотности мощности лазерного облучения материал испаряется и образует небольшие поры. Это небольшое отверстие, наполненное паром, подобно черному телу, поглощает почти всю энергию падающего луча. Равновесная температура в полости достигает примерно 2500℃. Тепло передается от внешней стенки высокотемпературной полости, чтобы расплавить металл, окружающий полость.
Небольшое отверстие заполнено высокотемпературным паром, образующимся в результате непрерывного испарения материала стенок под воздействием луча. Стенки маленького отверстия окружены расплавленным металлом. Жидкий металл окружен твердыми материалами (в то время как в большинстве обычных сварочных процессов и при лазерной сварке энергия сначала попадает на поверхность детали, а затем передается внутрь).
Поток жидкости за пределами стенки поры и поверхностное натяжение пристенного слоя поддерживают динамическое равновесие с постоянно создаваемым давлением пара в полости поры. Луч непрерывно входит в маленькое отверстие, и материал вытекает из него. При движении луча небольшое отверстие всегда находится в состоянии стабильного потока. Иными словами, маленькое отверстие и расплавленный металл, окружающий отверстие, будут двигаться вперед со скоростью ведущего луча, и расплавленный металл заполнит зазор, оставленный маленьким отверстием, и сконденсируется таким образом, что образуется сварной шов.
Особенности лазерной сварки глубокого проникновения
1) Высокое соотношение сторон
По мере того как расплавленный металл образует цилиндрическую полость вокруг горячего пара и распространяется к заготовке, шов становится глубоким и узким.
2) Минимальный расход тепла
Поскольку температура в маленьком отверстии очень высока, процесс плавления происходит чрезвычайно быстро, тепловой ввод в заготовку очень мал, а тепловая деформация и зона термического влияния невелики.
3) Высокая плотность
Небольшие поры, заполненные высокотемпературным паром, способствуют перемешиванию сварочной ванны и выходу газов, в результате чего получается сварной шов без пор. Высокая скорость охлаждения после сварки может легко сделать структуру шва более тонкой.
4) Прочные сварные швы
Благодаря источнику тепла и достаточному поглощению неметаллических компонентов содержание примесей снижается, а размер и распределение включений в расплавленной ванне изменяются. Процесс сварки не требует применения электродов или присадочной проволоки, а зона плавления менее загрязнена, поэтому прочность и вязкость сварного шва как минимум равны или даже выше, чем у основного металла.
5) Точное управление
Поскольку сфокусированное световое пятно невелико, сварочный шов может быть расположен с высокой точностью. Лазерный выход не имеет "инерции", его можно останавливать и перезапускать на высокой скорости. Сложные заготовки можно сваривать с помощью технологии перемещения луча с числовым программным управлением.
6) Процесс бесконтактной сварки в атмосфере
Энергия исходит от фотонного луча, физического контакта с заготовкой нет. Поэтому к заготовке не прикладывается внешняя сила. Кроме того, магнетизм и воздух не влияют на лазерное излучение.
Преимущества и недостатки лазерной сварки глубокого проникновения
Преимущества
1) Сфокусированный лазер имеет гораздо более высокую плотность мощности, чем традиционные методы. Поэтому скорость сварки высокая, а зона термического влияния и деформация небольшие. Кроме того, можно сваривать такие трудносвариваемые материалы, как титан.
2) Световой луч легко передавать и контролировать, нет необходимости часто заменять горелку и сопло. Для электронно-лучевой сварки не требуется вакуум. Это значительно сокращает время простоя вспомогательного оборудования. Таким образом, коэффициент загрузки и эффективность производства высоки.
3) Прочность, вязкость и комплексные характеристики сварного шва высоки благодаря эффекту очистки и высокой скорости охлаждения.
4) Благодаря низкому среднему тепловыделению и высокой точности обработки, стоимость повторной обработки может быть снижена; кроме того, эксплуатационные расходы на лазерную сварку также низки, что может снизить стоимость обработки заготовок.
5) Он может эффективно контролировать интенсивность луча и точное позиционирование, что позволяет легко реализовать автоматическую работу.
Недостатки
1) Глубина сварки ограничена.
2) Высокие требования к сборке заготовок.
3) Единовременные инвестиции в лазерную систему относительно высоки.