Perbandingan efek pengelasan laser dengan diameter inti yang berbeda

Pengelasan laserdapat dicapai menggunakan sinar laser kontinu atau berdenyut. Prinsip-prinsipnyapengelasan laserDapat dibagi menjadi pengelasan konduksi panas dan pengelasan penetrasi dalam laser. Ketika kepadatan daya kurang dari 104~105 W/cm2, itu adalah pengelasan konduksi panas. Pada saat ini, kedalaman penetrasi dangkal dan kecepatan pengelasan lambat; ketika kepadatan daya lebih besar dari 105~107 W/cm2, permukaan logam cekung membentuk "lubang" karena panas, membentuk pengelasan penetrasi dalam, yang memiliki karakteristik kecepatan pengelasan cepat dan rasio aspek besar. Prinsip konduksi termalpengelasan laserPrinsipnya adalah: radiasi laser memanaskan permukaan yang akan diproses, dan panas permukaan menyebar ke bagian dalam melalui konduksi termal. Dengan mengontrol parameter laser seperti lebar pulsa laser, energi, daya puncak, dan frekuensi pengulangan, benda kerja dilelehkan untuk membentuk kolam lelehan tertentu.

Pengelasan penetrasi dalam laser umumnya menggunakan sinar laser kontinu untuk menyelesaikan penyambungan material. Proses fisik metalurginya sangat mirip dengan pengelasan sinar elektron, yaitu, mekanisme konversi energi diselesaikan melalui struktur "lubang kunci".

Di bawah iradiasi laser dengan kepadatan daya yang cukup tinggi, material tersebut menguap dan terbentuk lubang-lubang kecil. Lubang kecil yang berisi uap ini seperti benda hitam, menyerap hampir semua energi dari berkas sinar yang datang. Suhu keseimbangan di dalam lubang mencapai sekitar 2500°C.°C. Panas dipindahkan dari dinding luar lubang bersuhu tinggi, menyebabkan logam di sekitar lubang meleleh. Lubang kecil diisi dengan uap bersuhu tinggi yang dihasilkan oleh penguapan terus-menerus dari material dinding di bawah penyinaran berkas cahaya. Dinding lubang kecil dikelilingi oleh logam cair, dan logam cair dikelilingi oleh material padat (dalam sebagian besar proses pengelasan konvensional dan pengelasan konduksi laser, energi pertama-tama diendapkan pada permukaan benda kerja dan kemudian diangkut ke bagian dalam melalui transfer). Aliran cairan di luar dinding lubang dan tegangan permukaan lapisan dinding berada dalam fase yang sama dengan tekanan uap yang dihasilkan secara terus-menerus di dalam rongga lubang dan mempertahankan keseimbangan dinamis. Berkas cahaya terus-menerus memasuki lubang kecil, dan material di luar lubang kecil terus mengalir. Saat berkas cahaya bergerak, lubang kecil selalu berada dalam keadaan aliran yang stabil.

Artinya, lubang kecil dan logam cair yang mengelilingi dinding lubang bergerak maju dengan kecepatan yang sama dengan sinar pemandu. Logam cair mengisi celah yang tersisa setelah lubang kecil dihilangkan dan mengembun, sehingga terbentuk lasan. Semua ini terjadi begitu cepat sehingga kecepatan pengelasan dapat dengan mudah mencapai beberapa meter per menit.

Setelah memahami konsep dasar kerapatan daya, pengelasan konduktivitas termal, dan pengelasan penetrasi dalam, selanjutnya kita akan melakukan analisis perbandingan kerapatan daya dan fase metalografi dari diameter inti yang berbeda.

Perbandingan eksperimen pengelasan berdasarkan diameter inti laser umum yang ada di pasaran:

Kepadatan daya posisi titik fokus laser dengan diameter inti yang berbeda

Dari perspektif kepadatan daya, pada daya yang sama, semakin kecil diameter inti, semakin tinggi kecerahan laser dan semakin terkonsentrasi energinya. Jika laser dibandingkan dengan pisau tajam, semakin kecil diameter intinya, semakin tajam lasernya. Kepadatan daya laser dengan diameter inti 14 µm lebih dari 50 kali lipat dibandingkan laser dengan diameter inti 100 µm, dan kemampuan pemrosesannya lebih kuat. Pada saat yang sama, kepadatan daya yang dihitung di sini hanyalah kepadatan rata-rata sederhana. Distribusi energi sebenarnya adalah distribusi Gaussian yang mendekati, dan energi pusat akan beberapa kali lipat dari kepadatan daya rata-rata.

Diagram skematik distribusi energi laser dengan diameter inti yang berbeda

Warna pada diagram distribusi energi menunjukkan distribusi energi. Semakin merah warnanya, semakin tinggi energinya. Energi merah adalah tempat di mana energi terkonsentrasi. Melalui distribusi energi laser dari berkas laser dengan diameter inti yang berbeda, dapat dilihat bahwa bagian depan berkas laser tidak tajam dan berkas laser tajam. Semakin kecil ukurannya, semakin terkonsentrasi energi pada satu titik, semakin tajam dan semakin kuat daya tembusnya.

Perbandingan efek pengelasan laser dengan diameter inti yang berbeda

Perbandingan laser dengan diameter inti yang berbeda:

(1) Percobaan ini menggunakan kecepatan 150 mm/detik, pengelasan posisi fokus, dan materialnya adalah aluminium seri 1, tebal 2 mm;

(2) Semakin besar diameter inti, semakin besar lebar peleburan, semakin besar zona yang terpengaruh panas, dan semakin kecil kepadatan daya per unit. Ketika diameter inti melebihi 200um, tidak mudah untuk mencapai kedalaman penetrasi pada paduan reaksi tinggi seperti aluminium dan tembaga, dan pengelasan penetrasi dalam yang lebih tinggi hanya dapat dicapai dengan daya tinggi;

(3) Laser inti kecil memiliki kepadatan daya yang tinggi dan dapat dengan cepat membuat lubang kunci pada permukaan material dengan energi tinggi dan zona yang terpengaruh panas kecil. Namun, pada saat yang sama, permukaan hasil pengelasan kasar, dan probabilitas runtuhnya lubang kunci tinggi selama pengelasan kecepatan rendah, dan lubang kunci tertutup selama siklus pengelasan yang panjang, dan cacat seperti cacat dan pori-pori rentan terjadi. Laser ini cocok untuk pemrosesan kecepatan tinggi atau pemrosesan dengan lintasan ayunan;

(4) Laser dengan diameter inti besar memiliki titik cahaya yang lebih besar dan energi yang lebih tersebar, sehingga lebih cocok untuk peleburan ulang permukaan laser, pelapisan, anil dan proses lainnya.