01 Преглед папира
У области ласерске обраде, посебно у заваривању са дубоким продирањем, традиционални појединачни Гаусови снопови, иако високе густине енергије, често доводе до претерано концентрисане дистрибуције енергије, што лако може довести до дефеката као што су нестабилност кључаонице, прскање и порозност. Да би се позабавила овим проблемима, академска заједница је предложила коришћење Беселових зрака или прстенастих зрака за дисперзију енергије, међу којима је доказано да ласери са подесивим прстенастим модом (АРМ) ефикасно стабилизују растопљени базен и потискују дефекте. Међутим, постојећа решења композитног снопа обично се суочавају са проблемима као што су висока цена, фиксна жижна даљина и ограничена прилагодљивост расподеле просторне енергије. На пример, конвенционални прстенасти ласери често захтевају да Гаусов и прстенасти сноп буду у истој фокалној равни, што не може да задовољи специфичне потребе за различитим фокусним позицијама у заваривању дебелих плоча. Да би се превазишла ова ограничења, ова студија предлаже нову методу обликовања зрака-Гаусов ласер са подесивим фокусом-прстенастог режима (АФГРМ). Ова метода користи јефтино-„једноструко огледало слободног облика“ за претварање стандардног Гаусовог ласерског извора у композитни сноп са различитим жижним даљинама, подесивим односима снаге и радијусима прстена, са циљем да се постигне -квалитетно заваривање са дубоким продором и малим дефектима.
02 Преглед пуног текста
Ова студија предлаже иновативну методу обликовања зрака, односно претварање стандардног Гаусовог ласерског извора у ласер са подесивим-фокусом Гаусовог-прстенастог режима (АФГРМ) са независно подесивом жижном даљином, односом снаге и радијусом прстена, дизајнирањем прилагођеног огледала површине слободног облика. Ова техника паметно постиже просторно одвајање и рекомбинацију снопа, омогућавајући централном Гаусовом снопу да усвоји стање негативног дефокуса како би побољшао пенетрацију, док се спољни сноп прстена фокусира на површину радног комада како би се проширио и стабилизовао растопљени базен. Ово ефикасно решава проблеме у традиционалном-заваривању са дубоком пенетрацијом, где концентрисана енергија може да изазове нестабилност растопљеног базена и дефекте порозности. Експерименти заваривања спроведени на плочама од нерђајућег челика СУС304 дебљине 16 мм показали су да, у поређењу са конвенционалним Гаусовим ласерима исте снаге, АФГРМ ласер са оптималним односом снаге (8:2) не само да повећава продирање шава за 37,0%, већ и смањује порозност са 17,58% на 0,24%, што демонстрира веома ниску {0,21% технологију решење, има велики потенцијал за побољшање квалитета заваривања дебеле плоче са дубоким продором.
Слика 1 у анализи дијаграма приказује симулиране резултате простирања зрака након обликовања једним огледалом слободног облика са односом снага 8:4. Он показује да једно огледало слободног облика може обликовати ласер у централни сноп и сноп у облику прстена- и може постићи еволуцију од раздвајања до рекомбинације током ширења, формирајући композитну тачку у фокусном региону са јасном дистрибуцијом енергије и пропорцијама које се могу контролисати. Овај резултат потврђује ефикасност овог система за обликовање зрака у постизању и мале величине тачке и прецизне контроле централне-до-периферне енергије.
Слика 1 Шематска симулација ширења снопа након обликовања у систему АФГРМ: (а) Укупан образац ширења ласера (б) Шема снопа на 297 мм: (б1)–(б2) Расподела густине снаге ласера и 3Д приказ на 297 мм. (ц) Шаблон снопа на 300 мм: (ц1)–(ц2) Расподела густине снаге ласера и 3Д приказ на 300 мм.
Слика 2 упоређује морфологију попречног пресека заварених спојева направљених АФГРМ композитном гредом и конвенционалном Гаусовом гредом. Резултати показују да традиционални Гаусов сноп формира типичан завар у облику слова В-, при чему се дубина продирања значајно повећава како се укупна снага повећава. Насупрот томе, АФГРМ сноп производи стабилан завар у облику слова Т-, при чему се дубина продирања у почетку повећава, а затим се стабилизује како се повећава снага прстенастог снопа, постижући максималну пенетрацију при односу снаге 8:2. Ови резултати указују на то да АФГРМ сноп може да постигне боље заваривање-дубоког продора синергистичким контролом морфологије шава и дубине продирања кроз централно-ануларну модулацију енергије.
Слика 2 Поређење морфологије завареног шава између конвенционалног Гаусовог ласерског заваривања и АФГРМ ласерског заваривања
Слика 3 показује да морфологија уздужног попречног пресека може интуитивно да одражава карактеристике дистрибуције пора унутар шава. У поређењу са конвенционалним Гаусовим ласерима, АФГРМ ласери значајно смањују број пора у завару под истим Гаусовим режимом снаге и условима укупне снаге. У међувремену, са повећањем снаге ласера, удео пора у конвенционалном Гаусовом ласерском заваривању показује опадајући тренд, који се углавном приписује појачаном протоку течног метала у растопљеном базену. Увођење прстенастих ласера даље потискује формирање пора, што указује да они имају јасну предност у побољшању динамике растопљеног базена и услова за излазак гаса.
04 Закључак
Ова студија је успешно развила нову методу{0}}обликовања зрака засновану на једном огледалу слободног облика, пружајући ефикасно и јефтино-решење за ласерско заваривање дебелих плоча. Главни закључци су следећи: 1. Иновативни дизајн: Концепт АФГРМ ласера је предложен и валидиран, постижући просторно раздвајање Гаусовог и прстенастог-мода и независно подешавање жижне даљине кроз један рефлектор. 2. Побољшање перформанси: У заваривању 16мм ласерског челика, дебљине 16 мм ласера од стаина 2 однос снаге) побољшана дубина пенетрације за 37,0% и смањена порозност за 98,6% у поређењу са конвенционалним ласерима, значајно побољшавајући квалитет заваривања. 3. Изгледи примене: Ова технологија не само да се бави изазовом истовременог постизања дубоког продора и високог квалитета у-заваривању дубоког продора-заваривање са ниским продирањем, а такође има и велики потенцијал за заваривање ласера са ниским продирањем у индустријској производњи, али такође има и велики потенцијал за заваривање у индустријској производњи. висока толеранција снаге (30кВ) рефлектора.
