01 Papír áttekintése
A lézeres feldolgozás területén, különösen a mély behatolású hegesztésnél, a hagyományos Gauss-sugarak, bár nagy energiasűrűséggel rendelkeznek, gyakran túlzottan koncentrált energiaeloszlást eredményeznek, ami könnyen olyan hibákhoz vezethet, mint a kulcslyuk instabilitása, fröcskölés és porozitás. E problémák megoldása érdekében az akadémiai közösség Bessel-sugarak vagy gyűrűs sugarak használatát javasolta az energia eloszlatására, amelyek között az állítható gyűrűs üzemmódú (ARM) lézerek bizonyítottan hatékonyan stabilizálják az olvadt medencét és elnyomják a hibákat. A meglévő kompozit gerendamegoldások azonban általában olyan problémákkal szembesülnek, mint a magas költségek, a rögzített gyújtótávolság és a térbeli energiaeloszlás korlátozott állíthatósága. Például a hagyományos gyűrűs lézerek gyakran megkövetelik, hogy a Gauss- és a gyűrűs nyaláb ugyanazon a fókuszsíkon legyen, ami nem tudja kielégíteni a vastaglemez-hegesztés különböző fókuszpontjaira vonatkozó speciális igényeket. E korlátok leküzdésére ez a tanulmány egy új sugárformáló módszert javasol-Állítható fókuszú Gauss-gyűrűs módú (AFGRM) lézer. Ez a módszer egy alacsony költségű-egyetlen szabadformájú tükröt használ arra, hogy egy szabványos Gauss-lézerforrást különböző fókusztávolságú, állítható teljesítményarányú és gyűrűsugarú kompozit sugárnyalábbá alakítson, melynek célja, hogy kiváló-minőségű hegesztést érjen el mély behatolással és alacsony hibákkal egyaránt.
02 Teljes szöveg áttekintése
Ez a tanulmány egy innovatív sugáralakítási módszert javasol, nevezetesen egy szabványos Gauss-lézerforrás átalakítását állítható -fókuszos Gauss-gyűrűs módú (AFGRM) lézerré, amely egymástól függetlenül állítható gyújtótávolsággal, teljesítményaránnyal és gyűrűsugárral, testreszabott, szabad formájú felületi tükör tervezésével. Ez a technika ügyesen éri el a sugár térbeli szétválasztását és rekombinációját, lehetővé téve, hogy a központi Gauss-nyaláb negatív defókuszállapotot vegyen fel a behatolás fokozása érdekében, míg a külső gyűrűs sugár a munkadarab felületére fókuszál, hogy kitáguljon és stabilizálja az olvadt medencét. Ez hatékonyan oldja meg a hagyományos, nagy teljesítményű-mély behatolású hegesztés problémáit, ahol a koncentrált energia az olvadt medence instabilitását és porozitási hibákat okozhat. A 16 mm vastag SUS304 rozsdamentes acéllemezeken végzett hegesztési kísérletek azt mutatták, hogy a hagyományos, azonos teljesítményű Gauss-lézerekhez képest az optimális teljesítményarányú (8:2) AFGRM lézer nemcsak 37,0%-kal növelte a hegesztési áthatolást, hanem csökkentette a porozitást is, 17,58%-ról 0,2%-ról 0,2-re csökkentve ezt a technológiát. megbízható megoldás, nagy lehetőségeket rejt magában a vastaglemezes mélybehatoló hegesztés minőségének javítására.
A diagramelemzés 1. ábrája a nyaláb terjedésének szimulált eredményeit mutatja egyetlen szabad formájú tükörrel, 8:4 teljesítményaránnyal. Bemutatja, hogy egyetlen szabad formájú tükör képes a lézert központi és gyűrű alakú nyalábbá formálni, és a terjedés során az elválasztástól a rekombinációig evolúciót érhet el, összetett foltot képezve a fókuszterületen, tiszta energiaeloszlással és szabályozható arányokkal. Ez az eredmény igazolja ennek a sugárformáló rendszernek a hatékonyságát a kis foltméret és a központi -perifériák közötti energia precíz szabályozásában.
1. ábra A sugárterjedés sematikus szimulációja alakítás után az AFGRM rendszerben: (a) Teljes lézerterjedési mintázat (b) Nyalábkép 297 mm-nél: (b1)–(b2) Lézer teljesítménysűrűség-eloszlása és 3D megjelenítése 297 mm-en. (c) Nyalábmintázat 300 mm-en: (c1)–(c2) Lézer teljesítménysűrűség-eloszlása és 3D-s megjelenítés 300 mm-en.
A 2. ábra az AFGRM kompozit gerendával és a hagyományos Gauss gerendával készült hegesztési varratok keresztmetszeti morfológiáját hasonlítja össze. Az eredmények azt mutatják, hogy a hagyományos Gauss-nyaláb tipikus V-alakú hegesztési varratokat alkot, és a behatolási mélység jelentősen növekszik a teljes teljesítmény növekedésével. Ezzel szemben az AFGRM gerenda stabil "T-" alakú hegesztést hoz létre, a behatolási mélység kezdetben növekszik, majd a gyűrű alakú gerenda erejével stabilizálódik, és 8:2 teljesítményarány mellett éri el a maximális behatolást. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az AFGRM gerenda jobb mély-behatolású hegesztést érhet el, ha szinergikusan szabályozza a varrat morfológiáját és a behatolási mélységet a központi-gyűrűs energiamoduláció révén.
2. ábra A hegesztési varrat morfológiájának összehasonlítása a hagyományos Gauss-lézer és az AFGRM lézeres hegesztés között
A 3. ábra azt mutatja, hogy a hosszanti keresztmetszeti -morfológia intuitív módon tükrözi a pórusok eloszlási jellemzőit a hegesztésen belül. A hagyományos Gauss-lézerekkel összehasonlítva az AFGRM lézerek ugyanazon Gauss-módusú teljesítmény és összteljesítmény mellett jelentősen csökkentik a pórusok számát a varratban. Eközben a lézerteljesítmény növekedésével a pórusok aránya a hagyományos Gauss-lézerhegesztésben csökkenő tendenciát mutat, ami főként az olvadt medencében lévő folyékony fém fokozott áramlásának tulajdonítható. A gyűrű alakú lézerek bevezetése tovább gátolja a pórusképződést, jelezve, hogy egyértelmű előnyük van az olvadékmedence dinamikájának és a gáz kilépési feltételeinek javításában.
04 Következtetés
Ez a tanulmány sikeresen kifejlesztett egy új, egyetlen szabad formájú tükrön alapuló sugár{0}}alakító módszert, amely hatékony és alacsony költségű megoldást kínál a vastaglemezes lézerhegesztéshez. A fő következtetések a következők: 1. Innovatív tervezés: Az AFGRM lézerkoncepciót javasolták és validálták, amely lehetővé teszi a Gauss- és a gyűrű alakú módok térbeli szétválasztását, valamint a fókusztávolság független beállítását egyetlen reflektorral. 2. Teljesítményfokozás: A 16 mm vastagságú AFGRM lézerrel speciálisan javított teljesítményarányú rozsdamentes acéllal (8:2) 37,0%-os behatolási mélység és 98,6%-kal csökkentett porozitás a hagyományos lézerekhez képest, jelentősen javítva a hegesztési minőséget. 3. Alkalmazási lehetőségek: Ez a technológia nem csak a mély behatolás és a magas minőség egyidejű elérésének kihívására ad megoldást a mélybehatolásos hegesztésnél, hanem az ARM-nek is nagy lehetősége van a költséges ipari gyártási költségek és a lézerek magas költsége miatt a költséges gyártás kiváltására. (30 kW) a reflektorból.
