वेगवेगळ्या कोअर व्यासांच्या लेझरच्या वेल्डिंग परिणामांची तुलना

लेझर वेल्डिंगहे सतत किंवा स्पंदित लेझर किरणांचा वापर करून साध्य केले जाऊ शकते. याची तत्त्वेलेझर वेल्डिंगयाचे उष्णता वहन वेल्डिंग आणि लेझर डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग असे वर्गीकरण करता येते. जेव्हा पॉवर डेन्सिटी १०४~१०५ वॅट/सेमी² पेक्षा कमी असते, तेव्हा ते उष्णता वहन वेल्डिंग असते. यावेळी, प्रवेशाची खोली कमी असते आणि वेल्डिंगचा वेग मंद असतो; जेव्हा पॉवर डेन्सिटी १०५~१०७ वॅट/सेमी² पेक्षा जास्त असते, तेव्हा उष्णतेमुळे धातूच्या पृष्ठभागावर "छिद्र" तयार होऊन तो खोल प्रवेश वेल्डिंग बनतो, ज्याची वैशिष्ट्ये म्हणजे जलद वेल्डिंग वेग आणि मोठे गुणोत्तर. उष्णता वहनाचे तत्त्वलेझर वेल्डिंगलेझर किरणोत्सर्गामुळे प्रक्रिया करायचा पृष्ठभाग गरम होतो आणि ही उष्णता औष्णिक वहनाद्वारे आतल्या भागात पसरते. लेझर पल्सची रुंदी, ऊर्जा, पीक पॉवर आणि पुनरावृत्ती वारंवारता यांसारख्या लेझर पॅरामीटर्सवर नियंत्रण ठेवून, वर्कपीस वितळवून एक विशिष्ट वितळलेला पूल तयार केला जातो.

लेझर डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंगमध्ये सामान्यतः सामग्रीची जोडणी पूर्ण करण्यासाठी अखंड लेझर बीमचा वापर केला जातो. याची धातुशास्त्रीय भौतिक प्रक्रिया इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंगसारखीच असते, म्हणजेच, ऊर्जा रूपांतरण यंत्रणा "की-होल" संरचनेद्वारे पूर्ण केली जाते.

पुरेशा उच्च शक्ती घनतेच्या लेझर किरणांच्या संपर्कात आल्यावर, पदार्थाचे बाष्पीभवन होते आणि लहान छिद्रे तयार होतात. वाफेने भरलेले हे लहान छिद्र एका कृष्णवस्तूप्रमाणे असते, जे आपाती किरणपुंजाची जवळजवळ सर्व ऊर्जा शोषून घेते. छिद्रातील समतोल तापमान सुमारे २५००°C पर्यंत पोहोचते.°C. उष्णता उच्च-तापमानाच्या छिद्राच्या बाहेरील भिंतीवरून हस्तांतरित होते, ज्यामुळे छिद्राभोवतीचा धातू वितळतो. बीमच्या प्रदीपनाखाली भिंतीच्या पदार्थाच्या सतत बाष्पीभवनाने निर्माण झालेली उच्च-तापमानाची वाफ लहान छिद्रात भरते. लहान छिद्राच्या भिंती वितळलेल्या धातूने वेढलेल्या असतात आणि द्रव धातू घन पदार्थांनी वेढलेला असतो (बहुतेक पारंपरिक वेल्डिंग प्रक्रिया आणि लेझर कंडक्शन वेल्डिंगमध्ये, ऊर्जा प्रथम वर्कपीसच्या पृष्ठभागावर जमा होते आणि नंतर हस्तांतरणाद्वारे आतल्या भागात पोहोचवली जाते). छिद्राच्या भिंतीबाहेरील द्रवाचा प्रवाह आणि भिंतीच्या थराचा पृष्ठताण हे छिद्राच्या पोकळीत सतत निर्माण होणाऱ्या वाफेच्या दाबाच्या सम-अवस्थेत असतात आणि एक गतिशील संतुलन राखतात. प्रकाशकिरण सतत लहान छिद्रात प्रवेश करतो आणि लहान छिद्राबाहेरील पदार्थ सतत वाहत असतो. प्रकाशकिरण पुढे सरकत असताना, लहान छिद्र नेहमी स्थिर प्रवाह अवस्थेत असते.

म्हणजेच, लहान छिद्र आणि त्याच्या भिंतीभोवतीचा वितळलेला धातू पायलट बीमच्या पुढच्या वेगाबरोबर पुढे सरकतो. लहान छिद्र काढल्यानंतर उरलेली पोकळी वितळलेला धातू भरतो आणि त्यानुसार त्याचे द्रवीभवन होते, आणि वेल्ड तयार होतो. हे सर्व इतक्या वेगाने घडते की वेल्डिंगचा वेग सहजपणे प्रति मिनिट अनेक मीटरपर्यंत पोहोचू शकतो.

पॉवर डेन्सिटी, थर्मल कंडक्टिव्हिटी वेल्डिंग आणि डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंगच्या मूलभूत संकल्पना समजून घेतल्यानंतर, आपण पुढे वेगवेगळ्या कोअर व्यासांच्या पॉवर डेन्सिटी आणि मेटलोग्राफिक टप्प्यांचे तुलनात्मक विश्लेषण करू.

बाजारात उपलब्ध असलेल्या सामान्य लेझर कोअर व्यासांवर आधारित वेल्डिंग प्रयोगांची तुलना:

वेगवेगळ्या कोर व्यासांच्या लेझर्सच्या फोकल स्पॉट स्थितीची शक्ती घनता

शक्ती घनतेच्या दृष्टिकोनातून पाहिल्यास, समान शक्ती असताना, गाभ्याचा व्यास जितका लहान असतो, तितकी लेझरची चमक जास्त असते आणि ऊर्जा अधिक केंद्रित होते. जर लेझरची तुलना एका धारदार चाकूशी केली, तर गाभ्याचा व्यास जितका लहान, तितका लेझर अधिक धारदार असतो. १४ मायक्रॉन (um) गाभ्याच्या व्यासाच्या लेझरची शक्ती घनता ही १०० मायक्रॉन (um) गाभ्याच्या व्यासाच्या लेझरपेक्षा ५० पटींहून अधिक आहे आणि त्याची प्रक्रिया क्षमताही अधिक मजबूत आहे. त्याच वेळी, येथे गणना केलेली शक्ती घनता ही केवळ एक साधी सरासरी घनता आहे. वास्तविक ऊर्जा वितरण हे अंदाजे गॉसियन वितरण असते आणि केंद्रीय ऊर्जा ही सरासरी शक्ती घनतेच्या कित्येक पटींनी जास्त असते.

वेगवेगळ्या कोर व्यासांसह लेझर ऊर्जा वितरणाचा योजनाबद्ध आकृती

ऊर्जा वितरण आकृतीचा रंग हेच ऊर्जा वितरण दर्शवतो. रंग जितका अधिक लाल, तितकी ऊर्जा जास्त. लाल रंगातील ऊर्जा हे असे ठिकाण आहे जिथे ऊर्जा केंद्रित झालेली असते. वेगवेगळ्या गाभ्याच्या व्यासांच्या लेझर किरणांच्या ऊर्जा वितरणावरून असे दिसून येते की, लेझर किरणाचा पुढचा भाग टोकदार नसतो आणि लेझर किरण टोकदारही असतो. गाभा जितका लहान, तितकी ऊर्जा एका बिंदूवर अधिक केंद्रित होते, तो अधिक टोकदार असतो आणि त्याची भेदक क्षमताही तितकीच मजबूत असते.

वेगवेगळ्या कोअर व्यासांच्या लेझरच्या वेल्डिंग परिणामांची तुलना

वेगवेगळ्या कोर व्यासांच्या लेझर्सची तुलना:

(1) प्रयोगात 150 मिमी/सेकंद वेग, फोकस पोझिशन वेल्डिंग वापरले आहे आणि साहित्य 1 सिरीज अॅल्युमिनियम, 2 मिमी जाडीचे आहे;

(2) कोअरचा व्यास जितका मोठा असतो, तितकी वितळण्याची रुंदी जास्त असते, उष्णतेने प्रभावित क्षेत्र मोठे असते आणि एकक शक्ती घनता कमी असते. जेव्हा कोअरचा व्यास 200um पेक्षा जास्त होतो, तेव्हा ॲल्युमिनियम आणि तांबे यांसारख्या उच्च-प्रतिक्रिया मिश्रधातूंवर प्रवेश खोली प्राप्त करणे सोपे नसते आणि उच्च शक्तीनेच अधिक खोल प्रवेश वेल्डिंग साध्य केले जाऊ शकते;

(3) लहान-कोअर लेझर्समध्ये उच्च पॉवर डेन्सिटी असते आणि ते उच्च ऊर्जा आणि लहान उष्णता-प्रभावित क्षेत्रांसह सामग्रीच्या पृष्ठभागावर वेगाने कीहोल पाडू शकतात. तथापि, त्याच वेळी, वेल्डचा पृष्ठभाग खडबडीत असतो, आणि कमी-गतीच्या वेल्डिंग दरम्यान कीहोल कोसळण्याची शक्यता जास्त असते, आणि वेल्डिंग चक्रादरम्यान कीहोल बंद होते. चक्र लांब असते, आणि दोष आणि छिद्रे यांसारखे दोष उद्भवण्याची शक्यता असते. हे उच्च-गती प्रक्रियेसाठी किंवा स्विंग ट्रॅजेक्टरीसह प्रक्रियेसाठी योग्य आहे;

(4) मोठ्या कोअर व्यासाच्या लेझर्समध्ये मोठे प्रकाश स्पॉट्स आणि अधिक विखुरलेली ऊर्जा असते, ज्यामुळे ते लेझर पृष्ठभाग पुनर्वितळणे, क्लॅडिंग, ॲनीलिंग आणि इतर प्रक्रियांसाठी अधिक योग्य ठरतात.