01 Pregled papira
U području laserske obrade, posebno u zavarivanju sa dubokim prodiranjem, tradicionalni pojedinačni Gaussovi snopovi, iako visoke gustoće energije, često rezultiraju pretjerano koncentrisanom distribucijom energije, što lako može dovesti do defekata kao što su nestabilnost ključaonice, prskanje i poroznost. Da bi se pozabavila ovim problemima, akademska zajednica je predložila korištenje Besselovih zraka ili prstenastih zraka za raspršivanje energije, među kojima je dokazano da laseri s podesivim prstenastim modom (ARM) efikasno stabiliziraju rastopljeni bazen i potiskuju defekte. Međutim, postojeća rješenja kompozitnog snopa obično se suočavaju s problemima kao što su visoka cijena, fiksna žižna daljina i ograničena prilagodljivost raspodjele prostorne energije. Na primjer, konvencionalni prstenasti laseri često zahtijevaju da Gaussov i prstenasti snop budu na istoj fokalnoj ravni, što ne može zadovoljiti specifične potrebe za različitim fokusnim pozicijama u zavarivanju debelih ploča. Da bi se prevazišla ova ograničenja, ova studija predlaže novu metodu oblikovanja snopa-Gausovskog lasera s podesivim fokusom-prstenastog načina rada (AFGRM). Ova metoda koristi jeftino-'jedno ogledalo slobodnog oblika' za pretvaranje standardnog Gausovog laserskog izvora u kompozitni snop s različitim žarišnim daljinama, podesivim omjerima snage i radijusima prstena, s ciljem postizanja visokog{8}}kvaliteta zavarivanja i sa dubokim prodiranjem i malim defektima.
02 Pregled punog teksta
Ova studija predlaže inovativnu metodu oblikovanja snopa, odnosno pretvaranje standardnog Gaussovog laserskog izvora u laser s podesivim-fokusom Gaussovog-prstenastog načina rada (AFGRM) sa nezavisno podesivom žižnom daljinom, omjerom snage i radijusom prstena, dizajniranjem prilagođenog ogledala površine slobodnog oblika. Ova tehnika pametno postiže prostorno razdvajanje i rekombinaciju snopa, omogućavajući centralnom Gaussovom snopu da usvoji stanje negativnog defokusiranja kako bi poboljšao penetraciju, dok se vanjski snop prstena fokusira na površinu radnog komada kako bi se proširio i stabilizirao otopljeni bazen. Ovo efikasno rješava probleme u tradicionalnom-zavarivanju duboke penetracije velike snage, gdje koncentrisana energija može uzrokovati nestabilnost rastopljenog bazena i defekte poroznosti. Eksperimenti zavarivanja provedeni na pločama od nehrđajućeg čelika SUS304 debljine 16 mm pokazali su da, u poređenju sa konvencionalnim Gausovim laserima iste snage, AFGRM laser s optimalnim omjerom snage (8:2) ne samo da povećava penetraciju šava za 37,0%, već i smanjuje poroznost sa 17,58% na 0,24%, što demonstrira {to{} visoko pouzdanu tehnologiju{101} rješenje, ima veliki potencijal za poboljšanje kvalitete zavarivanja s dubokim prodiranjem debelih ploča.
Slika 1 u analizi dijagrama prikazuje simulirane rezultate prostiranja zraka nakon oblikovanja jednim ogledalom slobodnog oblika s omjerom snaga 8:4. On pokazuje da jedno ogledalo slobodnog oblika može oblikovati laser u centralni snop i snop u obliku prstena-, i može postići evoluciju od razdvajanja do rekombinacije tokom širenja, formirajući kompozitnu tačku u fokusnom području sa jasnom distribucijom energije i proporcijama koje se mogu kontrolirati. Ovaj rezultat potvrđuje efikasnost ovog sistema za oblikovanje zraka u postizanju i male veličine tačke i precizne kontrole centralne-do-periferne energije.
Slika 1 Šematska simulacija širenja snopa nakon oblikovanja u AFGRM sistemu: (a) Ukupni uzorak laserskog širenja (b) Šablon snopa na 297 mm: (b1)–(b2) Raspodjela gustine snage lasera i 3D prikaz na 297 mm. (c) Šablon snopa na 300 mm: (c1)–(c2) Raspodjela gustine snage lasera i 3D prikaz na 300 mm.
Slika 2 upoređuje morfologiju poprečnog presjeka zavarenih spojeva napravljenih AFGRM kompozitnom gredom i konvencionalnom Gaussovom gredom. Rezultati pokazuju da tradicionalna Gausova greda formira tipičan zavar u obliku slova V-, pri čemu se dubina prodiranja značajno povećava kako se ukupna snaga povećava. Nasuprot tome, AFGRM greda proizvodi stabilan zavar u obliku slova "T-, pri čemu se dubina prodiranja u početku povećava, a zatim se stabilizuje kako se povećava snaga prstenastog snopa, postižući maksimalnu penetraciju pri omjeru snage 8:2. Ovi rezultati ukazuju na to da AFGRM snop može postići bolje zavarivanje-duboke penetracije sinergističkim kontrolom morfologije zavara i dubine prodiranja kroz centralno-anularnu modulaciju energije.
Slika 2 Poređenje morfologije zavarenog šava između konvencionalnog Gaussovog lasera i AFGRM laserskog zavarivanja
Slika 3 pokazuje da morfologija uzdužnog poprečnog -presjeka može intuitivno odražavati karakteristike raspodjele pora unutar šava. U poređenju sa konvencionalnim Gausovim laserima, AFGRM laseri značajno smanjuju broj pora u zavaru pod istim Gausovim režimom snage i uslovima ukupne snage. U međuvremenu, sa povećanjem snage lasera, udio pora u konvencionalnom Gaussovom laserskom zavarivanju pokazuje opadajući trend, koji se uglavnom pripisuje pojačanom protoku tekućeg metala u rastopljenom bazenu. Uvođenje prstenastih lasera dodatno suzbija formiranje pora, što ukazuje da oni imaju jasnu prednost u poboljšanju dinamike rastopljenog bazena i uslova za izlazak plina.
04 Zaključak
Ova studija je uspješno razvila novu{0}}metodu oblikovanja snopa zasnovanu na jednom ogledalu slobodnog oblika, pružajući efikasno i jeftino-rješenje za lasersko zavarivanje debelih ploča. Glavni zaključci su sljedeći: 1. Inovativni dizajn: AFGRM koncept lasera je predložen i validiran, postižući prostorno razdvajanje Gaussovog i prstenastog-moda i nezavisno podešavanje žižne daljine kroz jedan reflektor. 2. Poboljšanje performansi: Kod zavarivanja 16mm laserskog čelika, debljine 16mm lasera 8GRM debljine: omjer snage) poboljšana dubina penetracije za 37,0% i smanjena poroznost za 98,6% u poređenju sa konvencionalnim laserima, značajno poboljšavajući kvalitet zavarivanja. 3. Izgledi primjene: Ova tehnologija ne samo da rješava izazov istovremenog postizanja dubokog prodiranja i visokog kvaliteta u duboko-zavarivanju s dubokim{12}}zavarivanjem, ali ima i veliki relativni potencijal laserskog zavarivanja zbog niske cijene za industrijsku proizvodnju, ali također ima i veliki potencijal za zavarivanje u industrijskoj proizvodnji. visoka tolerancija snage (30kW) reflektora.
