01 Popieriaus apžvalga
Lazerinio apdorojimo srityje, ypač giliai suvirinant, tradiciniai pavieniai Gauso pluoštai, nors ir turi didelį energijos tankį, dažnai lemia pernelyg koncentruotą energijos paskirstymą, dėl kurio gali lengvai atsirasti defektų, tokių kaip rakto skylutės nestabilumas, purslų ir poringumo. Kad išspręstų šias problemas, akademinė bendruomenė pasiūlė naudoti Besselio pluoštus arba žiedinius spindulius, kad išskirstytų energiją, o tarp kurių, kaip įrodyta, reguliuojamo žiedo režimo (ARM) lazeriai veiksmingai stabilizuoja išlydytą baseiną ir slopina defektus. Tačiau esami kompozitinių pluoštų sprendimai dažniausiai susiduria su tokiomis problemomis kaip didelė kaina, fiksuotas židinio nuotolis ir ribotas erdvinio energijos pasiskirstymo reguliavimas. Pavyzdžiui, tradiciniams žiediniams lazeriams dažnai reikia, kad Gauso ir žiedo pluoštai būtų toje pačioje židinio plokštumoje, o tai negali patenkinti specifinių poreikių skirtingoms židinio padėčiai suvirinant storą plokštę. Siekiant įveikti šiuos apribojimus, šiame tyrime siūlomas naujas pluošto formavimo metodas-Reguliuojamo židinio Gauso-žiedo režimo (AFGRM) lazeris. Taikant šį metodą naudojamas nebrangus-vienas laisvos formos veidrodis, kad standartinis Gauso lazerio šaltinis būtų paverstas sudėtiniu pluoštu su skirtingais židinio nuotoliais, reguliuojamais galios santykiais ir žiedo spinduliais, siekiant aukštos-kokybės suvirinimo su giliu įsiskverbimu ir mažais defektais.
02 Visa teksto apžvalga
Šiame tyrime siūlomas naujoviškas pluošto formavimo metodas, ty standartinio Gauso lazerio šaltinio pavertimas reguliuojamu -fokusuojančiu Gauso-žiedo režimu (AFGRM) lazeriu su nepriklausomai reguliuojamu židinio nuotoliu, galios santykiu ir žiedo spinduliu, suprojektuojant individualų vieno laisvos formos paviršiaus veidrodį. Šiuo metodu išmaniai pasiekiamas erdvinis pluošto atskyrimas ir rekombinacija, leidžiantis centrinei Gauso sijai pereiti į neigiamą defokusavimo būseną, kad būtų padidintas skverbimasis, o išorinis žiedo pluoštas sutelkiamas į ruošinio paviršių, kad išsiplėstų ir stabilizuotų išlydytą baseiną. Tai veiksmingai sprendžia tradicinio didelės{4} galios gilaus įsiskverbimo suvirinimo problemas, kai koncentruota energija gali sukelti išlydyto baseino nestabilumą ir poringumo defektus. Suvirinimo eksperimentai, atlikti su 16 mm storio SUS304 nerūdijančiojo plieno plokštėmis, parodė, kad, palyginti su įprastais tokios pat galios Gauso lazeriais, AFGRM lazeris su optimaliu galios santykiu (8:2) ne tik padidino suvirinimo siūlės įsiskverbimą 37,0 %, bet ir sumažino poringumą nuo 17,58 % iki 0,2 %, o ši technologija yra žema. patikimas sprendimas, turi didelį potencialą pagerinti storų plokščių giluminio suvirinimo kokybę.
Diagramos analizės 1 paveiksle parodyti pluošto sklidimo modeliuoti rezultatai po formavimo naudojant vieną laisvos formos veidrodį, kurio galios santykis yra 8:4. Tai parodo, kad vienas laisvos formos veidrodis gali suformuoti lazerį į centrinį spindulį ir žiedo -formos spindulį, o sklidimo metu gali pasiekti evoliuciją nuo atskyrimo iki rekombinacijos, suformuodamas sudėtinę dėmę židinio srityje su aiškiu energijos pasiskirstymu ir valdomomis proporcijomis. Šis rezultatas patvirtina šios spindulio formavimo sistemos veiksmingumą siekiant tiek mažo taško dydžio, tiek tiksliai valdant centrinę -į-periferinę energiją.
1 pav. Scheminis pluošto sklidimo modeliavimas po formavimo AFGRM sistemoje: (a) Bendras lazerio sklidimo raštas (b) Spindulio vaizdas esant 297 mm: (b1)–(b2) Lazerio galios tankio pasiskirstymas ir 3D ekranas 297 mm atstumu. c) Spindulio raštas 300 mm atstumu: (c1)–(c2) Lazerio galios tankio pasiskirstymas ir 3D ekranas 300 mm atstumu.
2 paveiksle palyginama suvirintų siūlių, pagamintų naudojant AFGRM kompozicinę siją ir įprastą Gauso pluoštą, skerspjūvio morfologija. Rezultatai rodo, kad tradicinis Gauso pluoštas sudaro tipišką V-formos suvirinimo siūlę, o įsiskverbimo gylis žymiai padidėja, kai visa galia didėja. Priešingai, AFGRM spindulys sukuria stabilią „T- formos“ suvirinimo siūlę, kai įsiskverbimo gylis iš pradžių didėja, o vėliau stabilizuojasi didėjant žiedinio pluošto galiai, o didžiausias įsiskverbimas pasiekiamas esant 8:2 galios santykiui. Šie rezultatai rodo, kad AFGRM pluoštas gali pasiekti geresnį gilų-siskverbimo suvirinimą sinergetiškai valdydamas suvirinimo morfologiją ir įsiskverbimo gylį per centrinės ir žiedinės energijos moduliavimą.
2 pav. Įprasto Gauso lazerio ir AFGRM lazerinio suvirinimo siūlės morfologijos palyginimas
3 paveiksle parodyta, kad išilginė skerspjūvio morfologija gali intuityviai atspindėti suvirinimo siūlės viduje esančių porų pasiskirstymo charakteristikas. Palyginti su įprastais Gauso lazeriais, AFGRM lazeriai žymiai sumažina porų skaičių suvirinimo siūlėje esant toms pačioms Gauso režimo galios ir bendros galios sąlygoms. Tuo tarpu, didėjant lazerio galiai, įprasto Gauso lazerinio suvirinimo porų dalis rodo mažėjimo tendenciją, kuri daugiausia siejama su padidėjusiu skysto metalo srautu išlydytame baseine. Žiedinių lazerių įdiegimas dar labiau slopina porų susidarymą, o tai rodo, kad jie turi aiškų pranašumą gerindami išlydyto baseino dinamiką ir dujų išleidimo sąlygas.
04 Išvada
Šio tyrimo metu buvo sėkmingai sukurtas naujas pluošto{0}}formavimo metodas, pagrįstas vienu laisvos formos veidrodžiu, kuris yra efektyvus ir nebrangus storųjų plokščių lazerinio suvirinimo{1}} sprendimas. Pagrindinės išvados yra šios: 1. Inovatyvus dizainas: buvo pasiūlyta ir patvirtinta AFGRM lazerio koncepcija, leidžianti erdviškai atskirti Gauso ir žiedo formos režimus ir nepriklausomai reguliuoti židinio nuotolį per vieną reflektorių. 2. Našumo pagerinimas: suvirinant 16 mm storio AFGR nerūdijančio plieno lazeriu (8:2M) įsiskverbimo gylis 37,0 % ir 98,6 % mažesnis poringumas, palyginti su įprastiniais lazeriais, o tai žymiai pagerina suvirinimo kokybę. 3. Pritaikymo perspektyvos: ši technologija ne tik sprendžia iššūkį vienu metu pasiekti gilų įsiskverbimą ir aukštą gilaus{12}}siskverbimo suvirinimo kokybę, bet taip pat turi didelį potencialą pakeisti palyginti mažą pramoninę gamybinę lazerio galią ir ARM. (30 kW) reflektoriaus.
