코어 직경이 다른 레이저의 용접 효과 비교

레이저 용접연속 또는 펄스 레이저 빔을 사용하여 달성할 수 있습니다. 원리레이저 용접열전도 용접과 레이저 심용입 용접으로 나눌 수 있습니다. 출력밀도가 104~105W/cm2 미만일 때 열전도 용접입니다. 이 때, 침투 깊이가 얕고 용접 속도가 느립니다. 전력밀도가 105~107W/cm2보다 크면 열로 인해 금속 표면이 오목해 "구멍"이 되어 심용입 용접이 형성되며 이는 용접 속도가 빠르고 종횡비가 큰 특성을 갖습니다. 열전도 원리레이저 용접즉, 레이저 방사선은 가공할 표면을 가열하고, 표면 열은 열전도를 통해 내부로 확산됩니다. 레이저 펄스 폭, 에너지, 피크 전력, 반복 주파수 등의 레이저 매개변수를 제어함으로써 가공물이 녹아 특정 용융 풀을 형성합니다.

레이저 심용입 용접은 일반적으로 연속 레이저 빔을 사용하여 재료 연결을 완료합니다. 금속학적 물리적 공정은 전자빔 용접과 매우 유사합니다. 즉, 에너지 변환 메커니즘이 "열쇠 구멍" 구조를 통해 완성됩니다.

충분히 높은 전력 밀도로 레이저를 조사하면 재료가 증발하고 작은 구멍이 형성됩니다. 증기로 채워진 이 작은 구멍은 흑체와 같아서 입사 광선의 에너지를 거의 모두 흡수합니다. 구멍의 평형 온도는 약 2500에 도달합니다.°C. 고온 구멍의 외벽에서 열이 전달되어 구멍 주변의 금속이 녹습니다. 작은 구멍은 빔 조사에 따라 벽 재료가 지속적으로 증발하여 생성된 고온 증기로 채워집니다. 작은 구멍의 벽은 용융 금속으로 둘러싸여 있고 액체 금속은 고체 재료로 둘러싸여 있습니다. (대부분의 기존 용접 공정 및 레이저 전도 용접에서는 에너지가 먼저 공작물의 표면에 쌓인 다음 전달에 의해 내부로 운반됩니다. ). 구멍 벽 외부의 액체 흐름과 벽 층의 표면 장력은 구멍 공동에서 지속적으로 생성되는 증기 압력과 동위상을 이루며 동적 균형을 유지합니다. 광선은 지속적으로 작은 구멍으로 들어가고 작은 구멍 외부의 물질은 계속해서 흐릅니다. 광선이 이동함에 따라 작은 구멍은 항상 안정된 흐름 상태에 있습니다.

즉, 작은 구멍과 구멍 벽을 둘러싸는 용융 금속은 파일럿 빔의 전진 속도에 따라 앞으로 이동합니다. 작은 구멍을 제거하고 남은 틈을 용탕이 채우고 그에 따라 응축되면서 용접이 형성됩니다. 이 모든 작업이 너무 빨리 일어나서 용접 속도가 분당 수 미터에 쉽게 도달할 수 있습니다.

출력밀도, 열전도성 용접, 심용입 용접의 기본 개념을 이해한 후, 다음으로 다양한 코어 직경의 출력밀도와 금속 조직학적 위상을 비교 분석합니다.

시중에 판매되는 일반적인 레이저 코어 직경을 기반으로 한 용접 실험 비교:

코어 직경이 다른 레이저의 초점 위치의 출력 밀도

출력 밀도의 관점에서 볼 때, 동일한 출력에서 ​​코어 직경이 작을수록 레이저의 밝기는 높아지고 에너지는 더 집중됩니다. 레이저를 날카로운 칼에 비유하면 코어 직경이 작을수록 레이저는 더 선명해집니다. 14um 코어 직경 레이저의 출력 밀도는 100um 코어 직경 레이저의 50배 이상이며 처리 능력은 더욱 강력합니다. 동시에 여기서 계산된 전력 밀도는 단순한 평균 밀도일 뿐입니다. 실제 에너지 분포는 대략적인 가우스 분포이며, 중심 에너지는 평균 전력 밀도의 몇 배가 됩니다.

다양한 코어 직경에 따른 레이저 에너지 분포의 개략도

에너지 분포도의 색상은 에너지 분포입니다. 색이 붉을수록 에너지가 높은 것입니다. 붉은색 에너지는 에너지가 집중되는 곳이다. 코어 직경이 다른 레이저 빔의 레이저 에너지 분포를 통해 레이저 빔 전면이 날카롭지 않고 레이저 빔이 날카롭다는 것을 알 수 있습니다. 크기가 작을수록 에너지가 한 지점에 집중될수록 더 날카로워지고 관통력도 강해집니다.

코어 직경이 다른 레이저의 용접 효과 비교

다양한 코어 직경의 레이저 비교:

(1) 실험은 150mm/s의 속도, 초점 위치 용접을 사용하고 재료는 1 시리즈 알루미늄, 두께 2mm입니다.

(2) 코어 직경이 클수록 용융 폭이 커지고 열 영향 영역이 커지고 단위 전력 밀도가 작아집니다. 코어 직경이 200um를 초과하면 알루미늄, 구리와 같은 고반응 합금에 대한 용입 깊이를 달성하기가 쉽지 않으며 높은 출력으로만 더 깊은 용입 용접을 달성할 수 있습니다.

(3) 소형 코어 레이저는 출력 밀도가 높으며 에너지가 높고 열 영향을 받는 부분이 작은 재료 표면에 열쇠 구멍을 빠르게 뚫을 수 있습니다. 그러나 동시에 용접 표면이 거칠고 저속 용접 중에 열쇠 구멍 붕괴 확률이 높으며 용접 사이클 중에 열쇠 구멍이 닫힙니다. 주기가 길어서 디펙트, 모공 등의 불량이 발생하기 쉽습니다. 고속 가공이나 스윙 궤적 가공에 적합합니다.

(4) 코어 직경이 큰 레이저는 더 큰 광점과 더 분산된 에너지를 가지므로 레이저 표면 재용해, 클래딩, 어닐링 및 기타 공정에 더 적합합니다.