Прадмова
З павелічэннем прымянення валаконных лазераў надзейнасць валаконных лазераў прыцягвае ўсё больш увагі, у тым ліку надзейнасць выхадных характарыстык лазера, надзейнасць электронных кампанентаў, надзейнасць аптычных прылад, надзейнасць сістэм і г. д. Пачакайце.Большасць з іх цесна звязаны з цеплавымі ўласцівасцямі самога лазера.Акрамя таго, тэмпература аказвае вялікі ўплыў на прадукцыйнасць лазера, асабліва на выхадную магутнасць і стабільнасць выхаду лазера.
Цяпло валаконнага лазера ў асноўным паступае ад крыніцы накачкі і ўзмацняльніка.Для крыніцы накачкі яго эфектыўнасць пераўтварэння складае каля 50%, што таксама азначае, што энергія, эквівалентная выходнай аптычнай магутнасці, выпрацоўваецца ў выглядзе цяпла.Калі цяпло не можа быць рассеяна своечасова, тэмпература ўнутранага чыпа будзе хутка расці, і цэнтральная даўжыня хвалі лазера будзе дрэйфаваць па меры павышэння тэмпературы.Што тычыцца ўзмацняльніка, пасля таго, як святло накачкі трапляе ў актыўнае валакно ўзмацнення, толькі частка яго пераўтворыцца ў выхад лазера, а астатняя энергія пераўтворыцца ў цеплавую энергію.Цеплавая энергія павысіць тэмпературу асяроддзя ўзмацнення, што прывядзе да пашырэння спектру флуарэсцэнцыі і кароткага часу спантанага выпраменьвання, тым самым зніжаючы эфектыўнасць пераўтварэння энергіі.Такім чынам, кіраванне тэмпературай мае важнае значэнне для валаконных лазераў.У цяперашні час шырока выкарыстоўваюцца тэхналогіі кіравання тэмпературай у асноўным з паветраным і вадзяным астуджэннем.Сярод іх тэхналогія рассейвання цяпла з паветраным астуджэннем у асноўным выкарыстоўваецца ў маламагутных імпульсных лазерах і маламагутных лазерах бесперапыннага дзеяння.У большасці валаконных лазераў сярэдняй і вялікай магутнасці ў якасці асноўнага цеплаадводу выкарыстоўваецца вадзяное астуджэнне.
Два спосабу рассейвання цяпла
1. Вадзяное астуджэнне
Як вынікае з назвы, вадзяное астуджэнне - гэта выкарыстанне вады для адводу цяпла праз цеплаабменнік (напрыклад, пласціну вадзянога астуджэння).Яго прынцып працы таксама вельмі просты, гэта значыць халодная вада ў ахаладжальніку паступае ў цеплаабменнік па вадаправоднай трубе, а затым выходзіць з іншага порта цеплаабменніка, а затым цячэ назад у ахаладжальнік па вадаправоднай трубе. .Цяпло адводзіцца знутры лазера.
Метад адводу цяпла з вадзяным астуджэннем мае простую структуру і просты ў абслугоўванні;магутнасць рассейвання цяпла высокая і аднастайнасць тэмпературы добрая.Прадукцыйнасць астуджэння лазера можна палепшыць, выкарыстоўваючы ахаладжальнік з большай магутнасцю астуджэння.У цяперашні час больш за 500 вытворцаў інтэгруюць і прадаюць на рынку ручныя лазерныя зварачныя апараты, і яны звычайна выкарыстоўваюць вадзяное астуджэнне.Аднак, акрамя самога лазера, для ручнога лазернага зварачнага апарата з вадзяным астуджэннем таксама патрэбныя дадатковыя ахаладжальнікі і вада, што прыводзіць да значнага павелічэння агульнага аб'ёму і вагі абсталявання і абмежаваных умоў выкарыстання.
2. Паветранае астуджэнне
У шырокім сэнсе рассейванне цяпла з паветраным астуджэннем азначае выкарыстанне вентылятараў для ўзмацнення канвекцыі паветра і поўнага цеплаабмену ўнутры машыны.З удасканаленнем тэхналогіі асноўныя вытворцы лазераў пачалі ступаць у галіне астуджэння паветра і адводу цяпла.У чэрвені мінулага года сусветны гігант валаконна-лазернай кампаніі I выпусціў партатыўны прадукт для лазернай зваркі LightWELD 1500 Вт з паветраным астуджэннем;у жніўні GW выпусціла ў Кітай інтэлектуальны лазерны зварачны апарат A1500W з паветраным астуджэннем;у кастрычніку кампанія Reci таксама выпусціла лазерны зварачны апарат FCA1500 з паветраным астуджэннем.лазер.
▲ Лазерны зварачны апарат з паветраным астуджэннем: reci、IPG、GW
(Малюнак узяты з Інтэрнэту, калі ёсць якія-небудзь парушэнні, калі ласка, звяжыцеся з намі, каб выдаліць яго)
Гэтыя тры лазеры ў асноўным арыентаваны на сегмент рынку ручной лазернай зваркі.Лазеры з паветраным астуджэннем могуць зрабіць працу больш гнуткай і партатыўнай.Ва ўсіх трох лазерах выкарыстоўваецца рассейванне цяпла з паветраным астуджэннем без дадатковага вадзянога астуджэння, што зніжае выдаткі.Пры гэтым габарыты і вага абсталявання значна памяншаюцца.Нягледзячы на тое, што яны абодва называюцца лазерамі з паветраным астуджэннем, схемы рассейвання цяпла з паветраным астуджэннем выкарыстоўваюцца розныя, у тым ліку астуджэнне вентылятарам, астуджэнне радыятара цеплавой трубкі, а таксама астуджэнне і астуджэнне кампрэсара.(1) Рассейванне цяпла вентылятарам У лазеры цяпло, якое выпрацоўваецца ўнутры крыніцы помпы і ўзмацняльнай камеры, рассейваецца з дапамогай падкладкі з добрай цеплаправоднасцю (напрыклад, медзі, нітрыду алюмінія і г.д.), а затым цяпло рассейваецца шляхам канвекцыі.Гэты метад называецца канвекцыйным астуджэннем.Канвектыўны цеплаабмен можна падзяліць на натуральную канвекцыю і вымушаную канвекцыю, рассейванне цяпла ў залежнасці ад рухаючай сілы патоку вадкасці.Пры адсутнасці знешняй сілы толькі розніца тэмператур вадкасці можа прымусіць вадкасць самаадвольна цячы для правядзення цеплаперадачы, што мы называем натуральнай канвекцыяй;калі ёсць знешняя рухаючая сіла, гэта значыць вадкасць прыводзіцца ў рух вентылятарамі, вентылятарамі і іншымі кампанентамі.паток, тым самым адводзячы цяпло, мы называем гэта прымусовай канвекцыяй.З-за надзвычай павольнага рассейвання цяпла і дрэннага эфекту натуральнай канвекцыі ён не можа цалкам задаволіць патрабаванні лазераў да рассейвання цяпла.Таму ва ўсю сістэму астуджэння неабходна дадаць вентылятар, каб паскорыць паток паветра і ператварыць натуральную канвекцыю ў прымусовую.
▲ Прынцып астуджэння вентылятарам
(2) Радыятар з цеплавой трубкай для рассейвання цяпла
Рассейванне цяпла радыятара цеплавой трубкі азначае, што цеплавая трубка абапіраецца на змену фазы рабочай вадкасці ўнутры сябе для дасягнення цеплаперадачы.Гэтая вадкасць мае нізкую тэмпературу кіпення і лёгка выпараецца.Адзін канец цеплавой трубкі - гэта канец выпарэння, які злучаны з радыятарам ўнутры лазера;іншы канец - гэта кандэнсацыйны канец, які падлучаны да вонкавага радыятара і вентылятара.Сценка трубкі мае паглынальны вадкасць кнот, які складаецца з капілярна-порыстых матэрыялаў.Калі лазер награваецца, выпарны канец награваецца, рабочая вадкасць хутка выпараецца, пара цячэ да канца кандэнсацыі пад розніцай ціску, і вылучаецца цяпло, якое адводзіцца праз вентылятар;у той жа час пара зноў кандэнсуецца ў вадкасць, і вадкасць цячэ назад у секцыю выпарэння праз кнот.(Калі гэта гравітацыйная цеплавая труба, кнота няма, і вадкасць прыліпае да сценкі трубы і цячэ назад у ніжнюю секцыю выпарэння пад дзеяннем сілы цяжару).Гэты цыкл не спыняецца, і цяпло перадаецца знутры лазера вонкі.
▲ Прынцып рассейвання цяпла радыятара з цеплавой трубкай
Ручная сістэма лазернай зваркі IPG LightWELD 1500 выкарыстоўвае рашэнне для астуджэння радыятара цеплавой трубкі.Канструкцыя і вытворчасць LightWELD характарызуюцца невялікімі памерамі і лёгкім вагой, што прыводзіць да новага пакалення змяненняў у сучасным ручным лазерным зварачным апараце.Акрамя зваркі, ён таксама рэалізуе функцыі ручной лазернай зваркі і ачысткі.Ручная лазерная зварачная машына LightWELD выкарыстоўвае метад паветранага астуджэння без энергаспажывання, неабходнага дадатковым халадзільным абсталяваннем, ухіляючы трубаправоды халадзільнай машыны, кампаненты, звязкі для кіравання і абслугоўвання, зніжаючы выдаткі, адначасова павялічваючы партатыўнасць і паляпшаючы агульную надзейнасць сістэмы.
▲ Ручная сістэма лазернай зваркі LightWELD 1500
(Малюнак узяты з Інтэрнэту, калі ёсць якія-небудзь парушэнні, калі ласка, звяжыцеся з намі, каб выдаліць яго)
(3) Астуджэнне і астуджэнне кампрэсара
Прынцып астуджэння кампрэсара і рассейвання цяпла: кампрэсар сціскае холадагент, ператварае холадагент у газ з высокай тэмпературай і высокім ціскам і цячэ ў знешні кандэнсатар.Газ з высокай тэмпературай і высокім ціскам кандэнсуецца ў вадкасць з нізкай тэмпературай і высокім ціскам, а цяпло, якое выдзяляецца пры звадкаванні, адводзіцца з машыны з дапамогай вентылятара.Вадкі холадагент з нізкай тэмпературай і высокім ціскам зніжаецца праз пашыральны клапан і пераходзіць у стан з нізкай тэмпературай і нізкім ціскам, які лёгка выпараецца, і паступае ва ўнутраны выпарнік.Выпарнік паглынае цяпло, каб паменшыць унутраную тэмпературу лазера для дасягнення эфекту астуджэння, а затым холадагент выпараецца ў газ высокай тэмпературы і нізкага ціску.Газавы холадагент, які выпараецца выпарнікам, зноў сціскаецца кампрэсарам і цыркулюе наперад і назад, што забяспечвае рассейванне цяпла ўнутры машыны.
▲ Кампрэсарнае астуджэнне і прынцып рассейвання цяпла
Разумны ручной зварачны апарат з паветраным астуджэннем A1500W, выпушчаны GW Laser, выкарыстоўвае кампрэсарную схему астуджэння і адводу цяпла.GW Laser факусуюць на бесперапынным даследаванні і інавацыях тэхналогіі 976 нм
У спалучэнні з высокай эфектыўнасцю фотаэлектрычнага пераўтварэння 976 нм, ён крэатыўна вырашыў праблему магутнасці астуджэння з паветраным астуджэннем і запусціў першую ў галіны тэхналогію 976 нм з паветраным астуджэннем, якая вырашыла праблемы энергаспажывання і партатыўнасці і зноў узначаліла тэхналагічны кірунак развіцця валаконных лазераў.У гэтай мадэлі рэалізавана функцыя "тры ў адным": зварка, рэзка і ачыстка.
▲ Разумны ручной зварачны апарат з паветраным астуджэннем GW Laser A1500W
Параўнанне некалькіх метадаў астуджэння
Структура вентылятара астуджэння адносна простая.Ён проста распаўсюджвае цяпло ад радыятара да радыятара, а затым выкарыстоўвае розніцу тэмператур паміж радыятарам і навакольным паветрам для рассейвання цяпла праз прымусовую канвекцыю вентылятара.Калі тэмпература навакольнага асяроддзя летам занадта высокая, розніца тэмператур паміж цеплаадводам і паветрам занадта малая, і здольнасць рассейвання цяпла будзе значна зніжана.Ён можа толькі пасіўна рассейваць цяпло, на яго моцна ўплывае навакольнае асяроддзе і не можа дакладна кантраляваць тэмпературу.Перавага ў тым, што агульнае абсталяванне і сістэма кіравання простыя.
У параўнанні з простым метадам астуджэння з вентылятарам, радыятар з цеплавымі трубкамі мае больш цеплавых трубак, таму яго структура адносна складаная.Ён абапіраецца на выпарэнне і кандэнсацыю працоўнага матэрыялу для хуткай перадачы цяпла ад радыятара да радыятара, а затым рассейвання цяпла ў паветра праз вентылятар.Гэта таксама належыць да пасіўнага рассейвання цяпла, якое не можа дакладна кантраляваць тэмпературу і моцна парушаецца тэмпературай навакольнага асяроддзя.
Схема астуджэння і цеплаадводу кампрэсара ставіцца да актыўнага цеплаадводу.Дзякуючы кампрэсару і пашыральнаму клапану можна дакладна кантраляваць тэмпературу шляхам рэгулявання расходу і ціску холадагенту.У той жа час тэмпература хладагента ў кандэнсатары вышэй, чым у радыятары, што спрыяе хуткаму цеплавыдзяленню.перадаецца ў паветра.Яго сістэма кіравання больш складаная;у той жа час, паколькі яго структура значна больш складаная, чым дзве вышэйзгаданыя схемы, аб'ём і вага абсталявання таксама павялічваюцца адпаведна.
У большасці традыцыйных валаконных лазераў для рассейвання цяпла выкарыстоўваецца вадзяное астуджэнне.Спачатку вада астуджаецца кампрэсарным астуджэннем, а потым вадой астуджаецца лазер.Схема рассейвання цяпла з паветраным астуджэннем лазера Guanghui Laser непасрэдна выкарыстоўвае астуджэнне кампрэсара для астуджэння лазера, адмаўляючыся ад існавання вады і ліквідуючы прамежкавае звяно цеплаперадачы, таму эфектыўнасць рассейвання цяпла вышэй, а аб'ём і вага могуць быць меншымі.
У лабараторыі мы выкарыстоўваем скрынку для тэставання пастаяннай тэмпературы і вільготнасці, каб усталяваць 35°C для мадэлявання асяроддзя выкарыстання з высокай тэмпературай летам, і правяраем змяненне тэмпературы валакна ўнутранага ўзмацнення лазера з рознымі схемамі паветранага астуджэння пры ўмове поўнай магутнасцю 1500 Вт..З эксперыментальных дадзеных можна выразна бачыць, што тэмпература валакна павялічваецца ў геаметрычнай прагрэсіі ў першыя некалькі хвілін і стабілізуецца прыкладна праз 10 хвілін.Дзякуючы астуджальнаму эфекту кампрэсара, лазер можна актыўна астуджаць, таму тэмпературу можна кантраляваць ніжэй за 60 °C, а змяненне тэмпературы адносна стабільнае;у той час як два іншыя могуць разлічваць толькі на пасіўнае рассейванне цяпла, таму ўнутраная тэмпература крыху вышэй, чым у схеме астуджэння кампрэсара;, Дзякуючы высокай эфектыўнасці цеплааддачы цеплавой трубкі, цяпло можа добра адводзіцца знутры лазера, таму яго ўнутраная тэмпература ніжэй, чым у чыстага вентылятара, а павышэнне тэмпературы больш мяккае.
▲ Змена тэмпературы з часам, калі лазер выдае лазер магутнасцю 1,5 кВт з рознымі схемамі паветранага астуджэння
(лабараторныя дадзеныя, магчымыя адхіленні ад фактычнага палявога выкарыстання)
Эпілог
У галіне валаконных лазераў GW Laser заўсёды імкнуўся да сусветнага лазернага гіганта IPG.Унікальная перавага брэнда Guanghui - стварэнне прадуктаў ваеннага якасці.Шмат гадоў таму GW Laser пачаў арганізоўваць навукова-даследчыя сілы для правядзення бесперапынных даследаванняў у галіне астуджэння паветра і рассейвання цяпла.У будучыні мы будзем працягваць удасканальваць гэты аспект, пастаянна паляпшаць стабільнасць прадуктаў, рэалізоўваць ітэрацыйную мадэрнізацыю прадуктаў і тэхналогій і задавальняць патрэбы большай колькасці галін.патрэбы апрацоўкі
Час публікацыі: 10 сакавіка 2022 г