01 Gambaran Keseluruhan Kertas
Dalam bidang pemprosesan laser, terutamanya dalam kimpalan penembusan dalam, rasuk Gaussian tunggal tradisional, walaupun tinggi dalam ketumpatan tenaga, sering mengakibatkan pengagihan tenaga yang terlalu pekat, yang boleh membawa kepada kecacatan dengan mudah seperti ketidakstabilan lubang kunci, percikan dan keliangan. Untuk menangani isu ini, komuniti akademik telah mencadangkan menggunakan rasuk Bessel atau rasuk anulus untuk menyebarkan tenaga, antaranya laser mod cincin boleh laras (ARM) telah terbukti berkesan menstabilkan kolam cair dan menyekat kecacatan. Walau bagaimanapun, penyelesaian rasuk komposit sedia ada biasanya menghadapi masalah seperti kos tinggi, panjang fokus tetap dan kebolehlarasan terhad pengagihan tenaga spatial. Sebagai contoh, laser cincin konvensional sering memerlukan Gaussian dan rasuk cincin berada pada satah fokus yang sama, yang tidak dapat memenuhi keperluan khusus untuk kedudukan fokus yang berbeza dalam kimpalan plat tebal. Untuk mengatasi batasan ini, kajian ini mencadangkan kaedah pembentukan pancaran baru-Laser Fokus Gaussian-Laser Mod Dering (AFGRM). Kaedah ini menggunakan-kos rendah 'cermin bentuk bebas tunggal' untuk menukar sumber laser Gaussian standard kepada pancaran komposit dengan jarak fokus yang berbeza, nisbah kuasa boleh laras dan jejari gelang, bertujuan untuk mencapai-kimpalan berkualiti tinggi dengan penembusan dalam dan kecacatan rendah.
02 Gambaran Keseluruhan Teks Penuh
Kajian ini mencadangkan kaedah pembentukan rasuk yang inovatif, iaitu menukar sumber laser Gaussian standard kepada laser mod cincin -fokus Gaussian{1} (AFGRM) boleh laras dengan panjang fokus boleh laras bebas, nisbah kuasa dan jejari gelang, dengan mereka bentuk cermin permukaan bentuk bebas tunggal yang disesuaikan. Teknik ini dengan bijak mencapai pemisahan spatial dan penggabungan semula rasuk, membolehkan rasuk Gaussian tengah menggunakan keadaan nyahfokus negatif untuk meningkatkan penembusan, manakala rasuk cincin luar memfokus pada permukaan bahan kerja untuk mengembangkan dan menstabilkan kolam lebur. Ini secara berkesan menangani isu dalam kimpalan penembusan dalam kuasa tinggi-berkuasa tinggi tradisional, di mana tenaga tertumpu boleh menyebabkan ketidakstabilan kolam cair dan kecacatan keliangan. Eksperimen kimpalan yang dijalankan pada plat keluli tahan karat SUS304 setebal 16mm menunjukkan bahawa, berbanding dengan laser Gaussian konvensional dengan kuasa yang sama, laser AFGRM dengan nisbah kuasa optimum (8:2) bukan sahaja meningkatkan penembusan kimpalan sebanyak 37.0%, tetapi juga mengurangkan keliangan daripada 17.58% kepada 0.24%{101}{101}, yang menunjukkan penyelesaian ini mempunyai kos yang sangat rendah{1,3} dan berkos tinggi. potensi untuk meningkatkan kualiti kimpalan penembusan dalam plat tebal.
Rajah 1 dalam analisis rajah menunjukkan hasil simulasi perambatan rasuk selepas dibentuk oleh cermin bentuk bebas tunggal dengan nisbah kuasa 8:4. Ia menunjukkan bahawa cermin bentuk bebas tunggal boleh membentuk laser menjadi rasuk tengah dan rasuk berbentuk cincin-dan boleh mencapai evolusi daripada pengasingan kepada penggabungan semula semasa perambatan, membentuk tempat komposit di kawasan fokus dengan pengagihan tenaga yang jelas dan perkadaran yang boleh dikawal. Keputusan ini mengesahkan keberkesanan sistem pembentuk pancaran ini dalam mencapai kedua-dua saiz titik kecil dan kawalan tepat tenaga pusat-ke-periferi.
Rajah 1 Simulasi skematik perambatan rasuk selepas dibentuk dalam sistem AFGRM: (a) Corak perambatan laser keseluruhan (b) Corak rasuk pada 297 mm: (b1)–(b2) Taburan ketumpatan kuasa laser dan paparan 3D pada 297 mm. (c) Corak rasuk pada 300 mm: (c1)–(c2) Taburan ketumpatan kuasa laser dan paparan 3D pada 300 mm.
Rajah 2 membandingkan morfologi-keratan rentas kimpalan yang dibuat dengan rasuk komposit AFGRM dan rasuk Gaussian konvensional. Keputusan menunjukkan bahawa rasuk Gaussian tradisional membentuk kimpalan berbentuk V-yang tipikal, dengan kedalaman penembusan meningkat dengan ketara apabila jumlah kuasa meningkat. Sebaliknya, rasuk AFGRM menghasilkan kimpalan "berbentuk T-" yang stabil, dengan kedalaman penembusan pada mulanya meningkat dan kemudian menjadi stabil apabila kuasa rasuk anulus meningkat, mencapai penembusan maksimum pada nisbah kuasa 8:2. Keputusan ini menunjukkan bahawa pancaran AFGRM boleh mencapai kimpalan penembusan-dalam yang lebih baik dengan mengawal secara sinergistik morfologi kimpalan dan kedalaman penembusan melalui modulasi tenaga anulus pusat.
Rajah 2 Perbandingan morfologi jahitan kimpalan antara laser Gaussian konvensional dan kimpalan laser AFGRM
Rajah 3 menunjukkan bahawa morfologi keratan rentas membujur-boleh mencerminkan ciri taburan liang di dalam kimpalan secara intuitif. Berbanding dengan laser Gaussian konvensional, laser AFGRM mengurangkan dengan ketara bilangan liang dalam kimpalan di bawah kuasa mod Gaussian yang sama dan keadaan kuasa jumlah. Sementara itu, dengan peningkatan kuasa laser, bahagian liang dalam kimpalan laser Gaussian konvensional menunjukkan arah aliran menurun, yang terutamanya disebabkan oleh peningkatan aliran logam cecair dalam kolam lebur. Pengenalan laser anulus terus menekan pembentukan liang, menunjukkan bahawa mereka mempunyai kelebihan yang jelas dalam meningkatkan dinamik kolam lebur dan keadaan untuk pelepasan gas.
04 Kesimpulan
Kajian ini berjaya membangunkan kaedah pembentukan pancaran baru-berdasarkan cermin bentuk bebas tunggal, menyediakan penyelesaian-kos yang cekap dan rendah untuk kimpalan laser plat tebal. Kesimpulan utama adalah seperti berikut: 1. Reka Bentuk Inovatif: Konsep laser AFGRM telah dicadangkan dan disahkan, mencapai pemisahan ruang bagi mod berbentuk Gaussian dan -gelang serta pelarasan bebas bagi panjang fokus melalui pemantul tunggal. 2. Peningkatan Prestasi: Dalam kimpalan keluli tahan karat 16mm2RM tebal (especial: AFG) nisbah kuasa AF2RM, kedalaman penembusan sebanyak 37.0% dan keliangan berkurangan sebanyak 98.6% berbanding laser konvensional, meningkatkan kualiti kimpalan dengan ketara. 3. Prospek Aplikasi: Teknologi ini bukan sahaja menangani cabaran untuk mencapai penembusan dalam dan kualiti tinggi secara serentak dalam{12}}dalam{12}}kimpalan penembusan yang agak tinggi, tetapi juga mempunyai potensi besar untuk menggantikan kos laser industri yang mahal untuk kos pengeluaran yang tinggi. toleransi (30kW) pemantul.
