01 Επισκόπηση χαρτιού
Στον τομέα της επεξεργασίας λέιζερ, ιδιαίτερα στη συγκόλληση με βαθιά διείσδυση, οι παραδοσιακές απλές δέσμες Gauss, αν και υψηλές σε ενεργειακή πυκνότητα, συχνά οδηγούν σε υπερβολικά συγκεντρωμένη κατανομή ενέργειας, η οποία μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε ελαττώματα όπως αστάθεια στην κλειδαρότρυπα, πιτσίλισμα και πορώδες. Για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων, η ακαδημαϊκή κοινότητα έχει προτείνει τη χρήση ακτίνων Bessel ή δακτυλιοειδών ακτίνων για τη διασπορά ενέργειας, μεταξύ των οποίων τα λέιζερ με δυνατότητα ρύθμισης δακτυλίου (ARM) έχουν αποδειχθεί ότι σταθεροποιούν αποτελεσματικά τη λιωμένη λίμνη και καταστέλλουν ελαττώματα. Ωστόσο, οι υπάρχουσες λύσεις σύνθετης δέσμης συνήθως αντιμετωπίζουν προβλήματα όπως υψηλό κόστος, σταθερή εστιακή απόσταση και περιορισμένη προσαρμοστικότητα της κατανομής της χωρικής ενέργειας. Για παράδειγμα, τα συμβατικά λέιζερ δακτυλίου συχνά απαιτούν οι δέσμες Gaussian και δακτυλίου να βρίσκονται στο ίδιο εστιακό επίπεδο, κάτι που δεν μπορεί να καλύψει τις ειδικές ανάγκες για διαφορετικές εστιακές θέσεις στη συγκόλληση παχιάς πλάκας. Για να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί, αυτή η μελέτη προτείνει μια νέα μέθοδο διαμόρφωσης δέσμης-Λέιζερ ρυθμιζόμενης εστίασης Gaussian-Λειτουργίας δακτυλίου (AFGRM). Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί έναν-μονό καθρέφτη ελεύθερης μορφής χαμηλού κόστους για τη μετατροπή μιας τυπικής πηγής λέιζερ Gauss σε σύνθετη δέσμη με διαφορετικές εστιακές αποστάσεις, ρυθμιζόμενες αναλογίες ισχύος και ακτίνες δακτυλίου, με στόχο την επίτευξη συγκόλλησης υψηλής- ποιότητας τόσο με βαθιά διείσδυση όσο και με χαμηλά ελαττώματα.
02 Επισκόπηση πλήρους κειμένου
Αυτή η μελέτη προτείνει μια καινοτόμο μέθοδο διαμόρφωσης δέσμης, δηλαδή τη μετατροπή μιας τυπικής πηγής λέιζερ Gauss σε ένα ρυθμιζόμενο λέιζερ-εστίασης Gaussian-λειτουργίας δακτυλίου (AFGRM) με ανεξάρτητα ρυθμιζόμενη εστιακή απόσταση, αναλογία ισχύος και ακτίνα δακτυλίου, σχεδιάζοντας έναν προσαρμοσμένο καθρέφτη επιφάνειας μονής ελεύθερης μορφής. Αυτή η τεχνική επιτυγχάνει έξυπνα χωρικό διαχωρισμό και ανασυνδυασμό της δέσμης, επιτρέποντας στην κεντρική δέσμη Gauss να υιοθετήσει μια αρνητική κατάσταση αποεστίασης για να ενισχύσει τη διείσδυση, ενώ η εξωτερική δέσμη δακτυλίου εστιάζει στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας για να επεκταθεί και να σταθεροποιήσει τη λιωμένη λίμνη. Αυτό αντιμετωπίζει αποτελεσματικά προβλήματα στην παραδοσιακή συγκόλληση με βαθιά διείσδυση υψηλής ισχύος, όπου η συγκεντρωμένη ενέργεια μπορεί να προκαλέσει αστάθεια λιωμένης πισίνας και ελαττώματα πορώδους. Πειράματα συγκόλλησης που πραγματοποιήθηκαν σε πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα SUS304 πάχους 16 mm έδειξαν ότι, σε σύγκριση με τα συμβατικά λέιζερ Gaussian ίδιας ισχύος, το λέιζερ AFGRM με βέλτιστο λόγο ισχύος (8:2) όχι μόνο αύξησε τη διείσδυση της συγκόλλησης κατά 37,0%, αλλά επίσης μείωσε το πορώδες από 17,58%, αποδεικνύοντας ότι αυτή η τεχνολογία είναι χαμηλότερη από 31% σε{24%. εξαιρετικά αξιόπιστη λύση, έχει μεγάλες δυνατότητες για τη βελτίωση της ποιότητας της συγκόλλησης με βαθιά διείσδυση παχιάς πλάκας.
Το σχήμα 1 στην ανάλυση του διαγράμματος δείχνει τα προσομοιωμένα αποτελέσματα της διάδοσης της δέσμης μετά τη διαμόρφωση από ένα μόνο κάτοπτρο ελεύθερης μορφής με λόγο ισχύος 8:4. Αποδεικνύει ότι ένας απλός καθρέφτης ελεύθερης μορφής μπορεί να διαμορφώσει το λέιζερ σε μια κεντρική δέσμη και μια δέσμη σε σχήμα δακτυλίου{{3} και μπορεί να επιτύχει την εξέλιξη από το διαχωρισμό στον ανασυνδυασμό κατά τη διάδοση, σχηματίζοντας ένα σύνθετο σημείο στην εστιακή περιοχή με καθαρή κατανομή ενέργειας και ελεγχόμενες αναλογίες. Αυτό το αποτέλεσμα επικυρώνει την αποτελεσματικότητα αυτού του συστήματος διαμόρφωσης δέσμης στην επίτευξη τόσο μικρού μεγέθους σημείου όσο και ακριβούς ελέγχου της κεντρικής{-προς-περιφερικής ενέργειας.
Σχήμα 1 Σχηματική προσομοίωση της διάδοσης της δέσμης μετά τη διαμόρφωση στο σύστημα AFGRM: (α) Συνολικό σχέδιο διάδοσης λέιζερ (β) Μοτίβο δέσμης στα 297 mm: (b1)–(b2) Κατανομή πυκνότητας ισχύος λέιζερ και τρισδιάστατη απεικόνιση στα 297 mm. (γ) Μοτίβο δέσμης στα 300 mm: (c1)–(c2) Κατανομή πυκνότητας ισχύος λέιζερ και προβολή 3D στα 300 mm.
Το Σχήμα 2 συγκρίνει τη μορφολογία διατομής των συγκολλήσεων που έγιναν με τη σύνθετη δοκό AFGRM και μια συμβατική δοκό Gauss. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η παραδοσιακή δοκός Gauss σχηματίζει μια τυπική συγκόλληση σε σχήμα V, με το βάθος διείσδυσης να αυξάνεται σημαντικά όσο αυξάνεται η συνολική ισχύς. Αντίθετα, η δέσμη AFGRM παράγει μια σταθερή συγκόλληση σε σχήμα «-», με το βάθος διείσδυσης να αυξάνεται αρχικά και στη συνέχεια να σταθεροποιείται καθώς αυξάνεται η ισχύς της δακτυλιοειδούς δοκού, επιτυγχάνοντας μέγιστη διείσδυση σε αναλογία ισχύος 8:2. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η δέσμη AFGRM μπορεί να επιτύχει καλύτερη συγκόλληση βαθιάς-διεισδύσεως ελέγχοντας συνεργιστικά τη μορφολογία της συγκόλλησης και το βάθος διείσδυσης μέσω κεντροδακτυλιοειδούς διαμόρφωσης ενέργειας.
Σχήμα 2 Σύγκριση της μορφολογίας της ραφής συγκόλλησης μεταξύ του συμβατικού λέιζερ Gauss και της συγκόλλησης με λέιζερ AFGRM
Το σχήμα 3 δείχνει ότι η διαμήκης-μορφολογία διατομής μπορεί να αντικατοπτρίζει διαισθητικά τα χαρακτηριστικά κατανομής των πόρων μέσα στη συγκόλληση. Σε σύγκριση με τα συμβατικά λέιζερ Gaussian, τα λέιζερ AFGRM μειώνουν σημαντικά τον αριθμό των πόρων στη συγκόλληση υπό την ίδια ισχύ Gaussian mode και συνθήκες συνολικής ισχύος. Εν τω μεταξύ, με την αύξηση της ισχύος λέιζερ, η αναλογία των πόρων στη συμβατική συγκόλληση με λέιζερ Gauss παρουσιάζει πτωτική τάση, η οποία αποδίδεται κυρίως στην ενισχυμένη ροή του υγρού μετάλλου στη λιωμένη δεξαμενή. Η εισαγωγή δακτυλιοειδών λέιζερ καταστέλλει περαιτέρω τον σχηματισμό πόρων, υποδεικνύοντας ότι έχουν ένα σαφές πλεονέκτημα στη βελτίωση της δυναμικής της λιωμένης λίμνης και των συνθηκών διαφυγής αερίου.
04 Συμπέρασμα
Αυτή η μελέτη ανέπτυξε με επιτυχία μια νέα μέθοδο διαμόρφωσης δέσμης-που βασίζεται σε ένα μόνο κάτοπτρο ελεύθερης μορφής, παρέχοντας μια αποτελεσματική και χαμηλού{1}}λύση για τη συγκόλληση με λέιζερ παχιάς πλάκας. Τα κύρια συμπεράσματα είναι τα εξής: 1. Καινοτόμος σχεδιασμός: Η ιδέα του λέιζερ AFGRM προτάθηκε και επικυρώθηκε, επιτυγχάνοντας χωρικό διαχωρισμό των τρόπων λειτουργίας Gaussian και δακτυλίου-και ανεξάρτητη ρύθμιση της εστιακής απόστασης μέσω ενός μόνο ανακλαστήρα. 2. Βελτίωση απόδοσης: Στη συγκόλληση από χάλυβα χωρίς σταθερό πάχος (RMAFei 16mm) αναλογία ισχύος 8:2) βελτιωμένο βάθος διείσδυσης κατά 37,0% και μειωμένο πορώδες κατά 98,6% σε σύγκριση με τα συμβατικά λέιζερ, βελτιώνοντας σημαντικά την ποιότητα συγκόλλησης. 3. Προοπτικές εφαρμογής: Αυτή η τεχνολογία όχι μόνο αντιμετωπίζει την πρόκληση της ταυτόχρονης επίτευξης βαθιάς διείσδυσης και υψηλής ποιότητας αντικατάστασης της βαθιάς διείσδυσης και της υψηλής ποιότητας RM σε αντικατάσταση σε βάθος{11} λέιζερ στη βιομηχανική παραγωγή λόγω του σχετικά χαμηλού κόστους και της υψηλής ανοχής ισχύος (30kW) του ανακλαστήρα.
