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散熱不好等于提前報廢?激光焊接散熱有奇招!

發布:2022-03-21 11:28作者:www.yattendonparish.com點擊:904次

在玻璃纖維激光器的分布中,越來越重視玻璃纖維激光器的可靠性,包括激光輸出信號的可靠性、電子元件的可靠性、光學器件的可靠性、系統的可靠性等。其中大部分與激光器的熱性能密切相關。此外,溫度對激光器性能有顯著影響,尤其是激光器輸出功率和輸出信號的穩定性。
散熱不好等于提前報廢?激光焊接散熱有奇招!光纖激光器的熱量主要來自泵浦源和放大諧振腔。泵浦源的轉換效率約為50%,這也意味著與光功率相對應的能量是以熱的形式產生的。如果熱量不及時蒸發,內部芯片的溫度會迅速升高,激光的中心波長會隨著溫度的升高而漂移。然而,在放大器腔中,一些泵浦光在接觸放大器的有源光纖時會轉換為激光輸出功率,其余的則轉換為熱能。熱能提高了放大介質的溫度,從而擴大了熒光光譜,減少了自發發射的持續時間,從而降低了能量轉換的效率。因此,熱控制對于光纖激光器來說不太重要。
目前,最常見的熱處理技術主要是風冷和水冷。其中,風冷散熱技術主要應用于小功率脈沖激光器和小功率連續波激光器。大多數中高功率光纖激光器使用水冷式冷卻器作為主要散熱器。
蒸氣流的特性因激光坡口的相對位置和焊接方向而異。由于振蕩幅度小,圓形光束的頻率高,整個激光輻射束可視為一個小孔。因此,激光束的圓形路徑作用于鎖孔壁的不同點,產生不同性質的蒸汽流??梢钥闯?,當激光束指向焊接方向時,激光束在中心輻射,距離鎖孔最遠。目前,當液態熔融金屬被推入圓軸時,鎖孔沒有完全填滿鎖孔,產生少量等離子蒸汽,在穩定狀態下,鎖孔膨脹。立柱在焊接方向略微傾斜。根據恒定的焊接過程,當激光束沿焊接方向移動時,會產生較大的蒸汽效應,其行進方向與焊接方向相反。激光束對準鑰匙孔的前壁以熔化主要金屬并擴大熔化槽的面積。賤金屬和液態焊縫金屬在鎖孔壁中形成,導致更多金屬蒸氣和鎖孔壁中更大的柱。彈簧的特性在圓形纖維的振動中不時發生變化。
獲得了600個連續穩定相位圖像的連續高度和面積,并計算了相對頻率分布,以反映給定位置和范圍內蒸氣頻率的概率。與不同振動模式相關的蒸汽電流和流量、時間水平和頻率分布。在無振動激光焊接過程中,蒸氣流顯示出清晰的波特性。筆的高度小于 60 像素,最大筆區域大小為 4,000 到 6,000 像素。蒸氣流的波動表明焊接過程不穩定,導致熔深不當和焊接缺陷。與非振動焊接工藝相比,振動焊接工藝中的蒸汽流動相對穩定,變化不大。被套的高度和面積主要集中在低質量區域。更具體地說,在環形捕獲模式中,列高被移除,并且大部分在中心小于 20 個像素。
光束振蕩的頻率決定了激光能量在焊接區的分布。激光束的速度隨著光束振蕩頻率的增加而急劇增加。當振蕩頻率為200Hz時,無波動的線焊接速度從0.3m/min增加到30m/min,激光能量密度降低,激光穿透功率降低。當振蕩頻率高于 200 Hz 時,標簽的高度逐漸降低,中心通常小于 20 個像素。隨著振蕩頻率的增加,蒸汽鼓風機的穩定性增加,這表明焊接過程變得更加穩定。
研究了纖維狀態和振蕩頻率對熔池幾何形狀的影響。在同一焊接位置拍攝不同焊接參數的熔池照片,以消除發熱的影響。區分槍管自身值、槍管寬度、槍管長度和前凍結角。不同的光纖振蕩模式主要影響焊接場中的激光能量分布。激光束的振幅和振蕩頻率增加了激光束的加熱面積,從而影響了激光束的能量密度。在這項研究中,纖維波動的幅度保持不變。梁振動可以增加焊池的寬度并減少其長度。
圓形振蕩熔池的前沿硬化角小,影響金屬液的溫度梯度和硬化過程。 Kraetzsch 等人發現熔點的湍流會影響硬化行為,而 Hagenlocher 等人發現在循環波動過程中溫度梯度的降低會導致晶粒細化。激光束的振蕩實際上增加了線速度并降低了能量密度,因為每個長度的能量在整個實驗過程中保持不變。焊接線速度越高,溫度梯度越高,預熱時間越短。在振動頻率下,能量分布和熔體流動更加一致,有利于焊接過程的穩定性。隨著振蕩頻率的增加,熔點的寬度略有增加,在50 Hz的高頻下,熔點的長度先減小后增加。因為激光束的振蕩將激光能量分布在治療區域并增加吸收的能量。然而,隨著纖維振蕩頻率的增加,焊柱的寬度增加較少,同時在較高的線速度下,冷卻??速度增加,導熱時間減少。高的。
不同的振動模式產生獨特的激光能量分布。由于長時間暴露在激光下,大部分激光能量集中在交叉或反向區域。電流振蕩也會影響焊池的幾何形狀和流變特性。在無振動焊接過程中,由于小孔內的背壓,焊池振動,液態金屬從焊池中逸出。由于激光光斑的振蕩極大地改變了熔池的流動,因此在橫向振蕩的樞軸點處產生了飛濺。在旋轉點,激光束的軌跡發生顯著變化。隨著激光束移動到轉折點,液態金屬流入熔池的邊緣區域。由于激光束的高速,液態金屬可能不穩定。熔池中的強烈振動會阻止液柱回流到熔池中。此外,邊緣區域較長的照明時間和較高的能耗會導致較高的蒸汽背壓,這可能導致頂層溢出。幸運的是,由于能量分布均勻,熔池流動平穩,沒有突變,強烈抑制一般振蕩突起的形成。
吳等人。隨著軸的擺動,鎖孔變寬,防止鎖孔關閉和塌陷,并減少通過鎖孔的開口。在深熔激光焊接中,激光能量的釋放導致鍵孔的形成和鍵壁中金屬的強烈蒸發。圓盤的膨脹吸收了激光能量并減慢了它的速度,這反過來又影響了它的動力學。在光纖激光焊接法中,由于波長短(1070nm),激光蒸汽電流的衰減較低,CO2激光焊接法(10.6m)的影響可以忽略不計。因此,在激光振動焊接過程中,孔的性質,特別是孔壁的形狀,是影響蒸氣流動態特性的主要原因。
小孔的動態平衡由小孔表面的張力、蒸汽射流的背壓和小孔壁中保護氣體的超壓維持。無振動激光焊接使鎖孔更寬,孔壁更生動。當鎖孔被壓縮時,激光束在鎖孔壁中的位置發生變化,導致鎖孔的表面張力和反沖壓力發生變化。在焊接過程中,鑰匙孔被重新打開,更多的激光能量被引導到內部鑰匙孔,這促進了金屬蒸汽和鑰匙上方的更大柱。鎖孔壁局部膨脹和塌陷,使氣體留在鎖孔中并形成氣孔。氣泡進入熔池并返回。由于快速硬化,氣泡無法逸出并以氣孔的形式滲入焊縫。氣孔主要位于接縫底部,呈圓形。振動頻率低——5赫茲,鑰匙孔的前后壁因減速而強烈扭曲向下。隨著激光束的移動,鎖孔的位置會不時發生變化,從而在空間中產生動態變化。振蕩頻率越低,小孔的穩定性越差,孔形成的趨勢越明顯。當振蕩頻率增加到 100 Hz 時,鎖孔的形狀保持穩定:頂部較寬,底部較窄,導致較大的熔融金屬暴露在激光束中。
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