مقدمة
مع زيادة تطبيق ليزر الألياف ، جذبت موثوقية ليزر الألياف المزيد والمزيد من الاهتمام ، بما في ذلك موثوقية أداء خرج الليزر ، وموثوقية المكونات الإلكترونية ، وموثوقية الأجهزة البصرية ، وموثوقية الأنظمة ، وما إلى ذلك انتظر.يرتبط معظمها ارتباطًا وثيقًا بالخصائص الحرارية لليزر نفسه.بالإضافة إلى ذلك ، فإن درجة الحرارة لها تأثير كبير على أداء الليزر ، وخاصة طاقة الخرج واستقرار خرج الليزر.
تأتي حرارة ليزر الألياف بشكل أساسي من مصدر المضخة وتجويف الكسب.بالنسبة لمصدر المضخة ، تبلغ كفاءة التحويل حوالي 50٪ ، مما يعني أيضًا أنه يتم توليد طاقة مكافئة للطاقة الضوئية الناتجة على شكل حرارة.إذا تعذر تبديد الحرارة في الوقت المناسب ، فإن درجة حرارة الشريحة الداخلية سترتفع بسرعة ، وسوف ينحرف الطول الموجي المركزي لليزر مع ارتفاع درجة الحرارة.بالنسبة إلى تجويف الكسب ، بعد دخول ضوء المضخة إلى ألياف الكسب النشط ، يتم تحويل جزء منه فقط إلى خرج ليزر ، ويتم تحويل باقي الطاقة إلى طاقة حرارية.ستزيد الطاقة الحرارية من درجة حرارة وسيط الكسب ، مما يؤدي إلى توسيع طيف التألق وعمر قصير للانبعاثات التلقائية ، وبالتالي تقليل كفاءة تحويل الطاقة.لذلك ، فإن الإدارة الحرارية لها أهمية كبيرة لليزر الليفي.في الوقت الحاضر ، فإن تقنيات الإدارة الحرارية الشائعة الاستخدام هي بشكل أساسي مبردة بالهواء ومبردة بالماء.من بينها ، تُستخدم تقنية تبديد الحرارة المبردة بالهواء بشكل أساسي في الليزر النبضي منخفض الطاقة والليزر المستمر منخفض الطاقة.تستخدم معظم الليزرات الليفية ذات الطاقة المتوسطة والعالية تبديد الحرارة المبرد بالماء لتبديد الحرارة الرئيسي.
طريقتان لتبديد الحرارة
1. تبريد المياه
كما يوحي الاسم ، فإن تبريد الماء هو استخدام الماء لسحب الحرارة من خلال مبادل حراري (مثل لوح تبريد الماء).مبدأ عملها أيضًا بسيط للغاية ، أي أن الماء البارد في المبرد يتدفق إلى المبادل الحراري عبر أنبوب الماء ، ثم يخرج من منفذ آخر للمبادل الحراري ، ثم يتدفق مرة أخرى إلى المبرد عبر أنبوب الماء .يتم نقل الحرارة بعيدًا عن داخل الليزر.
تتميز طريقة تبديد الحرارة المبردة بالماء ببنية بسيطة وسهلة الصيانة ؛قدرة تبديد الحرارة قوية وتوحيد درجة الحرارة جيد.يمكن تحسين أداء تبريد الليزر باستخدام مبرد بسعة تبريد أكبر.في الوقت الحاضر ، هناك أكثر من 500 مصنع يدمجون ويبيعون آلات اللحام بالليزر المحمولة في السوق ، ويستخدمون بشكل عام التبريد المائي.ومع ذلك ، بالإضافة إلى الليزر نفسه ، تتطلب آلة اللحام بالليزر المحمولة المزودة بتبريد الماء أيضًا مبردات إضافية ومياه ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الحجم الكلي ووزن المعدات ، وبيئات الاستخدام المحدود.
2. تبريد الهواء
بمعنى واسع ، يشير تبديد الحرارة المبرد بالهواء إلى استخدام المراوح لتعزيز الحمل الحراري للهواء والتبادل الحراري الكامل داخل الماكينة.مع تحسن التكنولوجيا ، بدأت كبرى شركات تصنيع الليزر في وضع أقدامها في مجال تبريد الهواء وتبديد الحرارة.في يونيو من العام الماضي ، أطلقت شركة I العملاقة لألياف الليزر العالمية منتج اللحام بالليزر المحمول LightWELD 1500W المبرد بالهواء ؛في أغسطس ، أطلقت GW آلة اللحام بالليزر الذكية A1500W المبردة بالهواء في الصين ؛في أكتوبر ، أصدرت شركة Reci أيضًا آلة اللحام بالليزر المبرد بالهواء FCA1500.الليزر.
▲ لحام ليزر مبرد بالهواء ： reci 、 IPG 、 GW
(الصورة مأخوذة من الإنترنت في حال وجود أي انتهاك يرجى التواصل معنا لحذفها)
تستهدف هذه الليزرات الثلاثة بشكل أساسي قطاع السوق من اللحام بالليزر المحمول.يمكن لليزر المبرد بالهواء أن يجعل العمل أكثر مرونة وقابلية للحمل.تستخدم جميع أنواع الليزر الثلاثة تبديد الحرارة المبرد بالهواء بدون معدات إضافية لتبريد المياه ، مما يقلل التكاليف.في نفس الوقت ، يتم تقليل حجم ووزن المعدات بشكل كبير.على الرغم من أنهما يطلق عليهما الليزر المبرد بالهواء ، إلا أن مخططات تبديد الحرارة المبردة بالهواء المستخدمة مختلفة ، بما في ذلك تبريد المروحة ، وتبريد مشعاع أنبوب الحرارة ، وتبريد الضاغط وتبريده.(1) تبديد حرارة المروحة في الليزر ، يتم تبديد الحرارة المتولدة داخل مصدر المضخة وتجويف الكسب باستخدام ركيزة ذات توصيل حراري جيد (مثل النحاس ، نيتريد الألومنيوم ، إلخ) ، ثم تبدد الحرارة بالحمل الحراري.هذه الطريقة تسمى التبريد الحراري.يمكن تقسيم نقل الحرارة بالحمل الحراري إلى الحمل الحراري الطبيعي وتبديد الحرارة بالحمل القسري وفقًا للقوة الدافعة لتدفق السوائل.في حالة عدم وجود قوة خارجية ، فإن اختلاف درجة حرارة السائل فقط هو الذي يمكن أن يجعل السائل يتدفق تلقائيًا لإجراء نقل الحرارة ، وهو ما نسميه الحمل الحراري الطبيعي ؛عندما تكون هناك قوة دافعة خارجية ، أي أن السائل مدفوع بالمراوح والمراوح ومكونات أخرى.التدفق ، وبالتالي إزالة الحرارة ، نسميها الحمل القسري.نظرًا للبطء الشديد في تبديد الحرارة والتأثير الضعيف للحمل الحراري الطبيعي ، فإنه لا يمكن أن يلبي تمامًا متطلبات تبديد الحرارة لليزر.لذلك ، من الضروري إضافة مروحة إلى نظام التبريد بأكمله لتسريع تدفق الهواء وتحويل الحمل الحراري الطبيعي إلى حمل حراري قسري.
▲ مبدأ تبريد المروحة
(2) مبرد أنبوب الحرارة لتبديد الحرارة
يعني تبديد الحرارة لمبرد الأنبوب الحراري أن أنبوب الحرارة يعتمد على تغيير الطور لسائل العمل داخل نفسه لتحقيق نقل الحرارة.يحتوي هذا السائل على نقطة غليان منخفضة ويسهل تطايره.أحد طرفي أنبوب الحرارة هو طرف التبخر ، وهو متصل بالمشتت الحراري داخل الليزر ؛الطرف الآخر هو نهاية التكثيف ، وهو متصل بالوعة الحرارة الخارجية والمروحة.يحتوي جدار الأنبوب على فتيل يمتص السوائل ، ويتكون من مواد مسامية شعرية.عندما يتم تسخين الليزر ، يتم تسخين نهاية التبخير ، ويتبخر سائل العمل بسرعة ، ويتدفق البخار إلى نهاية التكثيف تحت فرق الضغط ، ويتم إطلاق الحرارة ، والتي يتم تفريغها من خلال المروحة ؛في الوقت نفسه ، يتكثف البخار إلى سائل مرة أخرى ، ويتدفق السائل مرة أخرى إلى قسم التبخر من خلال الفتيل.(إذا كان أنبوبًا حراريًا للجاذبية ، فلا يوجد فتيل ، ويلتصق السائل بجدار الأنبوب ويتدفق عائدًا إلى قسم التبخر السفلي بالجاذبية).هذه الدورة لا تتوقف ، والحرارة تنتقل من داخل الليزر إلى الخارج.
▲ مبدأ تبديد الحرارة لمبرد أنبوب الحرارة
يستخدم نظام اللحام بالليزر المحمول LightWELD 1500 الخاص بـ IPG حل تبريد مشعاع أنبوب الحرارة.يتميز تصميم وتصنيع LightWELD بالحجم الصغير والوزن الخفيف ، مما يؤدي إلى جيل جديد من التغييرات في آلة اللحام بالليزر المحمولة الحالية.بالإضافة إلى اللحام ، فإنها تدرك أيضًا وظائف اللحام والتنظيف بالليزر المحمول.تتبنى آلة اللحام بالليزر المحمولة LightWELD طريقة تبريد الهواء ، دون استهلاك الطاقة الذي تتطلبه معدات التبريد الإضافية ، مما يلغي أنابيب التبريد والمكونات ووصلات التحكم والصيانة ، ويقلل من التكاليف مع زيادة إمكانية النقل وتحسين الموثوقية الكلية للنظام.
▲ LightWELD 1500 نظام اللحام بالليزر المحمول
(الصورة مأخوذة من الإنترنت في حال وجود أي انتهاك يرجى التواصل معنا لحذفها)
(3) تبريد وتبريد ضاغط
مبدأ تبريد الضاغط وتبديد الحرارة: يضغط الضاغط المبرد ، ويحول المبرد إلى غاز عالي الضغط ودرجة حرارة عالية ، ويتدفق إلى المكثف الخارجي.يتم تكثيف الغاز ذو درجة الحرارة العالية والضغط العالي في سائل بدرجة حرارة منخفضة وضغط عالي ، ويتم تفريغ الحرارة الناتجة عن التسييل من الماكينة باستخدام المروحة.المبرد السائل ذو درجة الحرارة المنخفضة والضغط العالي يتم تخفيف ضغطه من خلال صمام التمدد ويصبح في حالة درجة حرارة منخفضة وضغط منخفض وسهل التبخير ويتدفق إلى المبخر الداخلي.يمتص المبخر الحرارة لتقليل درجة الحرارة الداخلية لليزر لتحقيق تأثير التبريد ، ثم يتبخر المبرد إلى درجة حرارة عالية وغاز ضغط منخفض.يتم ضغط المبرد الغازي الذي تم تبخيره بواسطة المبخر بواسطة الضاغط مرة أخرى ويدور ذهابًا وإيابًا ، مما يحقق تبديد الحرارة داخل الماكينة.
▲ التبريد الضاغط ومبدأ تبديد الحرارة
تستخدم آلة اللحام المحمولة الذكية A1500W والمبردة بالهواء والتي أطلقتها GW Laser نظام تبريد الضاغط وتبديد الحرارة.يركز GW Laser على الاستكشاف المستمر والابتكار لتقنية 976 نانومتر
إلى جانب كفاءة التحويل الكهروضوئية العالية التي تبلغ 976 نانومتر ، فقد حلت بشكل إبداعي مشكلة سعة التبريد المبرد بالهواء ، وأطلقت أول تقنية مبردة بالهواء 976 نانومتر في الصناعة ، والتي حلت مشاكل استهلاك الطاقة وقابلية النقل ، وقادت مرة أخرى اتجاه التطور التكنولوجي لألياف الليزر.لقد حقق هذا النموذج وظيفة ثلاثة في واحد وهي اللحام والقطع والتنظيف.
▲ GW Laser A1500W آلة لحام محمولة ذكية ومبردة بالهواء
مقارنة بين عدة طرق تبريد
هيكل تبريد المروحة بسيط نسبيًا.إنه ببساطة ينشر الحرارة في المشتت الحراري إلى المشتت الحراري ، ثم يستخدم فرق درجة الحرارة بين المشتت الحراري والهواء المحيط لتبديد الحرارة من خلال الحمل الحراري القسري للمروحة.عندما تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة جدًا في الصيف ، يكون الفرق في درجة الحرارة بين المشتت الحراري والهواء صغيرًا جدًا ، وسيتم تقليل قدرة تبديد الحرارة بشكل كبير.يمكنه فقط تبديد الحرارة بشكل سلبي ، ويتأثر بشكل كبير بالبيئة ، ولا يمكنه التحكم في درجة الحرارة بدقة.الميزة هي أن المعدات الشاملة ونظام التحكم بسيط.
بالمقارنة مع طريقة تبريد المروحة البسيطة ، فإن مشعاع أنبوب الحرارة يحتوي على المزيد من أنابيب الحرارة ، وبالتالي فإن هيكله معقد نسبيًا.يعتمد على تبخر وتكثيف مادة العمل لنقل الحرارة بسرعة من المشتت الحراري إلى المشتت الحراري ثم تبديد الحرارة في الهواء من خلال المروحة.إنه ينتمي أيضًا إلى التبديد السلبي للحرارة ، والذي لا يمكنه التحكم بدقة في درجة الحرارة ويتأثر بشكل كبير بدرجة الحرارة المحيطة.
نظام التبريد وتبديد الحرارة بالضاغط ينتمي إلى تبديد الحرارة النشط.نظرًا لوجود الضاغط وصمام التمدد ، يمكن التحكم في درجة الحرارة بدقة عن طريق ضبط تدفق وضغط المبرد.في الوقت نفسه ، تكون درجة حرارة المبرد في المكثف أعلى من درجة حرارة المشتت الحراري ، مما يؤدي إلى توليد حرارة سريع.ينتقل إلى الهواء.نظام التحكم الخاص به أكثر تعقيدًا ؛في الوقت نفسه ، نظرًا لأن هيكلها أكثر تعقيدًا من المخططين المذكورين أعلاه ، يتم أيضًا زيادة حجم ووزن المعدات وفقًا لذلك.
تستخدم معظم الليزرات الليفية التقليدية تبريد الماء لتبديد الحرارة.أولاً ، يتم تبريد الماء عن طريق التبريد الضاغط ، ثم يتم تبريد الليزر بالماء.يستخدم مخطط تبديد الحرارة المبرد بالهواء في Guanghui Laser مباشرة تبريد الضاغط لتبريد الليزر ، والتخلي عن وجود الماء والقضاء على رابط نقل الحرارة المتوسط ، وبالتالي فإن كفاءة تبديد الحرارة أعلى ، ويمكن تقليل الحجم والوزن.
في المختبر ، نستخدم صندوق اختبار ثابت لدرجة الحرارة والرطوبة لضبط 35 درجة مئوية لمحاكاة بيئة استخدام درجات الحرارة المرتفعة في الصيف ، واختبار تغير درجة الحرارة لألياف الكسب الداخلي لليزر بأنظمة تبريد هواء مختلفة تحت الظروف. بقوة 1500 واط كاملة..من البيانات التجريبية ، يمكن أن نرى بوضوح أن درجة حرارة الألياف تزداد أضعافا مضاعفة في الدقائق القليلة الأولى وتستقر حوالي 10 دقائق.نظرًا لتأثير التبريد للضاغط ، يمكن تبريد الليزر بشكل فعال ، وبالتالي يمكن التحكم في درجة الحرارة أقل من 60 درجة مئوية ، وتغير درجة الحرارة مستقر نسبيًا ؛بينما لا يعتمد الاثنان الآخران إلا على تبديد الحرارة السلبي ، وبالتالي فإن درجة الحرارة الداخلية أعلى قليلاً من تلك الخاصة بنظام تبريد الضاغط ؛، نظرًا لكفاءة نقل الحرارة العالية لأنبوب الحرارة ، يمكن تصدير الحرارة جيدًا من داخل الليزر ، وبالتالي فإن درجة الحرارة الداخلية أقل من درجة حرارة المروحة النقية ، ويكون ارتفاع درجة الحرارة أكثر رقة.
▲ تتغير درجة الحرارة بمرور الوقت عندما يخرج الليزر ليزر 1.5 كيلو وات بمخططات تبريد هواء مختلفة
(البيانات المختبرية ، قد يكون هناك انحرافات عن الاستخدام الميداني الفعلي)
الخاتمة
في مجال ليزر الألياف ، كان GW Laser يهدف دائمًا إلى IPG العملاق لليزر العالمي.إنها ميزة العلامة التجارية الفريدة لشركة Guanghui لإنشاء منتجات ذات جودة عسكرية.منذ عدة سنوات ، بدأت GW Laser في تنظيم قوى البحث العلمي لإجراء استكشاف مستمر في تبريد الهواء وتبديد الحرارة.في المستقبل ، سنواصل تحسين هذا الجانب ، وتحسين استقرار المنتجات باستمرار ، وتحقيق الترقية التكرارية للمنتجات والتقنيات ، وتلبية احتياجات المزيد من الصناعات.احتياجات المعالجة
الوقت ما بعد: مارس -10-2022