विभिन्न कोर व्यास वाले लेज़रों के वेल्डिंग प्रभावों की तुलना

विभिन्न कोर व्यास वाले लेज़रों के वेल्डिंग प्रभावों की तुलना

धातु सामग्री का लेजर प्रसंस्करण मुख्य रूप से फोटोथर्मल प्रभाव पर आधारित थर्मल प्रसंस्करण है। जब लेजर सामग्री की सतह को विकिरणित करता है, तो सामग्री का सतह क्षेत्र विभिन्न शक्ति घनत्वों के तहत विभिन्न परिवर्तनों से गुजरेगा। इन परिवर्तनों में सतह के तापमान में वृद्धि, पिघलना, वाष्पीकरण, कीहोल का निर्माण और फोटोप्लाज्मा का उत्पादन शामिल है। इसके अलावा, सामग्री सतह क्षेत्र की भौतिक स्थिति में परिवर्तन सामग्री के लेजर प्रकाश के अवशोषण को बहुत प्रभावित करता है। सामान्यतया, तापमान जितना अधिक होगा, सामग्री की लेजर प्रकाश की अवशोषण दर उतनी ही अधिक होगी। शक्ति घनत्व और क्रिया समय में वृद्धि के साथ, धातु सामग्री निम्नलिखित भौतिक अवस्था में परिवर्तन से गुजरेगी, जैसा कि चित्र 1 [1] में दिखाया गया है।

लेज़र वेल्डिंग के दो कोर हैं: ऊष्मा स्थानांतरण और ऊष्मा चालन। ऊष्मा स्थानांतरण ऊष्मा स्रोत, विद्युत घनत्व और लाइन ऊर्जा से संबंधित है; वायु प्रवाह को ठीक करने के लिए। वेल्डिंग प्रक्रिया में, ताप स्रोत, शक्ति घनत्व और लाइन ऊर्जा को मुख्य रूप से समायोजित किया जाता है। इसमें शामिल प्रक्रिया मापदंडों में शामिल हैं: लेजर कोर व्यास, शक्ति, गति और डिफोकस मात्रा का चयन। यह ध्यान में रखते हुए कि यह आलेख मुख्य रूप से विभिन्न कोर व्यास वाले लेजर पर केंद्रित है और इसमें मुख्य रूप से विभिन्न पावर घनत्व शामिल हैं, चित्र 2 पावर घनत्व का सरल गणना सूत्र दिखाता है:

वेल्डिंग प्रक्रिया की अवशोषण दर के अनुसार लेजर वेल्डिंग के दो मुख्य प्रकार हैं, एक है ताप संचालन वेल्डिंग (गहराई-चौड़ाई अनुपात)<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).

लेजर ताप संचालन वेल्डिंग:

अलग-अलग लेजर विकिरण से सामग्री की स्थिति में अलग-अलग बदलाव होंगे, जो वेल्डिंग प्रक्रिया में दो विशिष्ट वेल्डिंग मोड के रूप में परिलक्षित होता है: लेजर ताप चालन वेल्डिंग और लेजर गहरी पैठ वेल्डिंग। दोनों की ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया, वेल्ड निर्माण तंत्र, प्रक्रिया विशेषताएँ और अनुप्रयोग सीमा बहुत भिन्न हैं।

लेजर ताप संचालन वेल्डिंग मोड:

ताप संचालन वेल्डिंग के दौरान, वर्कपीस की सतह पर विकिरणित लेजर विकिरण 10E4~10E6W/cm की सीमा में होता है, और लेजर ऊर्जा सतह पर 10~100m की पतली परत द्वारा अवशोषित होती है। सतह पर लेज़र ऊर्जा ताप संचालन द्वारा सामग्री के आंतरिक भाग में संचारित होती है, और लेज़र को सीधे नहीं छुआ जा सकता है। लेजर विकिरण की एक निश्चित अवधि के बाद, सतह पिघलने तक पहुंच जाती है, और यह पिघलने वाला इज़ोटेर्म सामग्री में गहराई तक फैल जाता है, और सतह का तापमान बढ़ता रहता है। लेकिन उच्चतम केवल सामग्री के क्वथनांक तक पहुंच सकता है, चाहे तापमान कितना भी अधिक क्यों न हो, सामग्री वाष्पीकृत हो जाएगी और गड्ढों का निर्माण करेगी, स्थिर गर्मी संचालन वेल्डिंग प्रक्रिया नष्ट हो जाएगी, पिघला हुआ पूल दोलन करेगा, और सामग्री होगी जला दिया. आमतौर पर, ऊष्मा चालन वेल्डिंग का उपयोग ज्यादातर पतली प्लेटों में किया जाता है। ऐसे में इसे ख़त्म करने की ज़रूरत है. लेजर बीम और वर्कपीस के सापेक्ष आंदोलन के साथ, एक उथला और चौड़ा वेल्ड सीम बनता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। वेल्ड सीम की गहराई-से-चौड़ाई का अनुपात छोटा है, और वेल्ड सीम की चौड़ाई आम तौर पर होती है प्रवेश की गहराई दोगुनी से भी अधिक। नीचे दिया गया चित्र एक विशिष्ट लेजर ताप चालन वेल्डिंग सीम के क्रॉस-अनुभागीय स्वरूप को दर्शाता है, और वेल्ड सीम का आकार लगभग अर्धगोलाकार है।

विभिन्न कोर व्यास लेज़रों की तुलना:

(1) प्रयोग की गति 150 मिमी/सेकेंड है, फोकस स्थिति वेल्डेड है, सामग्री 1 श्रृंखला एल्यूमीनियम है, और मोटाई 2 मिमी है;

(2) कोर व्यास जितना बड़ा होगा, संलयन चौड़ाई उतनी ही बड़ी होगी, ताप प्रभावित क्षेत्र उतना बड़ा होगा, और इकाई शक्ति घनत्व उतना ही छोटा होगा। जब कोर व्यास 200um से अधिक हो जाता है, तो एल्यूमीनियम और तांबे जैसे उच्च-प्रतिक्रिया मिश्र धातुओं पर प्रवेश गहराई हासिल करना आसान नहीं होता है, और गहरी प्रवेश वेल्डिंग प्राप्त करने के लिए उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है;

(3) छोटे कोर व्यास वाले लेजर में उच्च शक्ति घनत्व होता है, यह उच्च ऊर्जा के साथ सामग्री की सतह पर कीहोल को जल्दी से छिद्रित कर सकता है, और इसमें एक छोटा गर्मी-प्रभावित क्षेत्र होता है, लेकिन साथ ही वेल्ड की सतह खुरदरी होती है, कम गति वाली वेल्डिंग के दौरान कीहोल के ढहने की संभावना अधिक होती है, और वेल्डिंग चक्र के दौरान कीहोल बंद हो जाता है, लंबा चक्र, दोष, छिद्र और अन्य दोष उत्पन्न करना आसान, उच्च गति प्रसंस्करण या स्विंग ट्रैक के साथ प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त;

(4) बड़े-व्यास वाले लेज़र अपने बड़े स्थान और अधिक बिखरी हुई ऊर्जा के कारण लेज़र सतह रीमेल्टिंग, क्लैडिंग, एनीलिंग और अन्य प्रक्रियाओं के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं।

उच्च परावर्तक सामग्री: एल्यूमीनियम, तांबा, स्टेनलेस स्टील, निकल, मोलिब्डेनम, आदि;

(1) उच्च-परावर्तक सामग्री के लिए छोटे-व्यास वाले लेजर को चुनने की आवश्यकता होती है। सामग्री को तरलीकृत या वाष्पीकृत अवस्था में जल्दी से गर्म करने, सामग्री की लेजर अवशोषण दर में सुधार करने और कुशल और तेज़ प्रसंस्करण प्राप्त करने के लिए उच्च-शक्ति-घनत्व लेजर बीम का उपयोग करना। बड़े कोर व्यास वाला लेज़र चुनना आसान है। उच्च प्रतिबिंब की ओर ले जाता है, आभासी वेल्डिंग की ओर ले जाता है, और यहां तक ​​कि लेज़र को जला देता है;

दरार-संवेदनशील सामग्री: निकल, निकल-प्लेटेड तांबा, एल्यूमीनियम, स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम मिश्र धातु, आदि।

(2) इस प्रकार की सामग्री के लिए आम तौर पर गर्मी प्रभावित क्षेत्र के सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है और एक छोटे पिघले हुए पूल की आवश्यकता होती है। छोटे-व्यास वाले लेजर को चुनना अधिक उपयुक्त है;

उच्च गति लेजर प्रसंस्करण:

(3) गहरी पैठ वेल्डिंग के लिए उच्च गति वाले लेजर प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है, और यह सुनिश्चित करने के लिए उच्च ऊर्जा घनत्व वाले लेजर का चयन करना आवश्यक है कि लाइन ऊर्जा उच्च गति पर सामग्री को पिघलाने के लिए पर्याप्त है, विशेष रूप से लैप वेल्डिंग, प्रवेश वेल्डिंग और के लिए। अन्य छोटे कोर जिन्हें उच्च प्रवेश गहराई की आवश्यकता होती है। रेडियल लेजर अधिक उपयुक्त हैं।

Advantages and applications of large core lasers (>100um):

बड़े कोर व्यास और बड़े स्थान, बड़े ताप कवरेज क्षेत्र, विस्तृत क्रिया सतह, और केवल सामग्री की सतह पर सूक्ष्म पिघलने को प्राप्त करते हैं, लेजर क्लैडिंग, लेजर रीमेल्टिंग, लेजर एनीलिंग, लेजर हार्डनिंग आदि में अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयुक्त हैं। क्षेत्रों में, एक बड़े स्थान का मतलब है उच्च उत्पादकता और कम दोष (हीट कंडक्शन सोल्डरिंग लगभग दोष-मुक्त है)।

वेल्डिंग के संदर्भ में, बड़े स्पॉट का उपयोग मुख्य रूप से मिश्रित वेल्डिंग के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग छोटे कोर व्यास लेजर के साथ कंपाउंडिंग के लिए किया जाता है: बड़ा स्पॉट सामग्री की सतह को थोड़ा पिघला देता है, ठोस से तरल में बदल देता है, जो अवशोषण दर में काफी सुधार करता है सामग्री को लेजर में डाला जाता है, और फिर एक छोटे कोर का उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में, बड़े स्थान के पहले से गरम होने, प्रसंस्करण के बाद, और पिघले हुए पूल को दिए गए बड़े तापमान प्रवणता के कारण, सामग्री में दरार पड़ने का खतरा नहीं होता है। तीव्र तापन और तीव्र शीतलन द्वारा। यह वेल्ड की उपस्थिति को चिकना बना सकता है, और साथ ही एकल लेजर समाधान की तुलना में कम स्पैटर प्राप्त कर सकता है।