Pròleg
Amb l'aplicació creixent dels làsers de fibra, la fiabilitat dels làsers de fibra ha cridat cada cop més l'atenció, inclosa la fiabilitat del rendiment de la sortida del làser, la fiabilitat dels components electrònics, la fiabilitat dels dispositius òptics, la fiabilitat dels sistemes, etc. Espereu.La majoria d'aquests estan estretament relacionats amb les propietats tèrmiques del propi làser.A més, la temperatura té una gran influència en el rendiment del làser, especialment la potència de sortida i l'estabilitat de sortida del làser.
La calor del làser de fibra prové principalment de la font de la bomba i de la cavitat de guany.Per a la font de la bomba, la seva eficiència de conversió és d'uns 50%, el que també significa que es genera una energia equivalent a la potència òptica de sortida en forma de calor.Si la calor no es pot dissipar a temps, la temperatura del xip intern augmentarà ràpidament i la longitud d'ona central del làser es desplaçarà a mesura que augmenta la temperatura.Per a la cavitat de guany, després que la llum de la bomba entri a la fibra de guany activa, només una part es converteix en sortida làser i la resta de l'energia es converteix en energia tèrmica.L'energia tèrmica augmentarà la temperatura del medi de guany, donant lloc a l'ampliació de l'espectre de fluorescència i una curta vida útil d'emissió espontània, reduint així l'eficiència de conversió d'energia.Per tant, la gestió tèrmica té una importància no menyspreable per als làsers de fibra.Actualment, les tecnologies de gestió tèrmica que s'utilitzen habitualment es refreden principalment per aire i per aigua.Entre ells, la tecnologia de dissipació de calor refrigerada per aire s'utilitza principalment en làsers polsats de baixa potència i làsers continus de baixa potència.La majoria dels làsers de fibra de potència mitjana i alta utilitzen la dissipació de calor refrigerada per aigua com a principal dissipació de calor.
Dues maneres de dissipar la calor
1. Refrigeració per aigua
Com el seu nom indica, la refrigeració per aigua és l'ús de l'aigua per treure calor a través d'un intercanviador de calor (com una placa de refrigeració d'aigua).El seu principi de funcionament també és molt senzill, és a dir, l'aigua freda del refrigerador flueix a l'intercanviador de calor a través de la canonada d'aigua, i després surt d'un altre port de l'intercanviador de calor, i després torna al refrigerador a través de la canonada d'aigua. .La calor s'allunya de l'interior del làser.
El mètode de dissipació de calor refrigerat per aigua té una estructura senzilla i és fàcil de mantenir;la capacitat de dissipació de calor és forta i la uniformitat de la temperatura és bona.El rendiment de refrigeració del làser es pot millorar utilitzant un refrigerador amb una capacitat de refrigeració més gran.Actualment, hi ha més de 500 fabricants que integren i venen màquines de soldadura làser portàtils al mercat, i generalment utilitzen refrigeració per aigua.Tanmateix, a més del propi làser, la màquina de soldadura làser de mà amb refrigeració per aigua també requereix refrigeradors i aigua addicionals, la qual cosa comporta un augment substancial del volum i el pes total de l'equip i entorns d'ús limitat.
2. Refrigeració per aire
En un sentit ampli, la dissipació de calor refrigerada per aire es refereix a l'ús de ventiladors per millorar la convecció de l'aire i l'intercanvi de calor complet dins de la màquina.Amb la millora de la tecnologia, els principals fabricants de làser han començat a posar un peu en el camp de la refrigeració per aire i la dissipació de calor.El juny de l'any passat, l'empresa gegant mundial de làser de fibra I va llançar el producte de soldadura làser portàtil LightWELD 1500W refrigerat per aire;a l'agost, GW va llançar la màquina de soldadura per làser intel·ligent A1500W refrigerada per aire a la Xina;a l'octubre, l'empresa Reci també va llançar la màquina de soldadura làser FCA1500 refrigerada per aire.làser.
▲ Soldador làser refrigerat per aire: reci 、 IPG 、 GW
(La imatge prové d'Internet, si hi ha alguna infracció, poseu-vos en contacte amb nosaltres per eliminar-la)
Aquests tres làsers estan dirigits principalment al segment de mercat de la soldadura làser portàtil.Els làsers refrigerats per aire poden fer que el treball sigui més flexible i portàtil.Els tres làsers utilitzen la dissipació de calor refrigerada per aire sense equips addicionals de refrigeració per aigua, la qual cosa redueix els costos.Al mateix temps, la mida i el pes de l'equip es redueixen molt.Tot i que tots dos s'anomenen làsers refrigerats per aire, els esquemes de dissipació de calor refrigerats per aire que s'utilitzen són diferents, com ara la refrigeració del ventilador, la refrigeració del radiador de la canonada de calor i la refrigeració i la refrigeració del compressor.(1) Dissipació de calor del ventilador Al làser, la calor generada a l'interior de la font de la bomba i la cavitat de guany es dissipa mitjançant un substrat amb bona conductivitat tèrmica (com ara coure, nitrur d'alumini, etc.), i després la calor es dissipa per convecció.Aquest mètode s'anomena refrigeració per convecció.La transferència de calor convectiva es pot dividir en convecció natural i dissipació de calor per convecció forçada segons la força motriu del flux de fluid.En absència de força externa, només la diferència de temperatura del fluid pot fer que el fluid flueixi espontàniament per dur a terme la transferència de calor, que anomenem convecció natural;quan hi ha una força motriu externa, és a dir, el fluid és impulsat per ventiladors, ventiladors i altres components.flux, eliminant així la calor, l'anomenem convecció forçada.A causa de la dissipació de calor extremadament lenta i el mal efecte de la convecció natural, no pot satisfer completament els requisits de dissipació de calor dels làsers.Per tant, cal afegir un ventilador a tot el sistema de refrigeració per accelerar el flux d'aire i convertir la convecció natural en convecció forçada.
▲ Principi de refrigeració del ventilador
(2) Radiador de canonada de calor per dissipar la calor
La dissipació de calor del radiador de canonada de calor significa que la canonada de calor es basa en el canvi de fase del líquid de treball dins de si mateix per aconseguir la transferència de calor.Aquest líquid té un punt d'ebullició baix i és fàcil de volatilitzar.Un extrem del tub de calor és l'extrem d'evaporació, que està connectat al dissipador de calor dins del làser;l'altre extrem és l'extrem de condensació, que està connectat al dissipador de calor extern i al ventilador.La paret del tub té una metxa que absorbeix líquids, que es compon de materials porosos capil·lars.Quan el làser s'escalfa, l'extrem d'evaporació s'escalfa, el líquid de treball s'evapora ràpidament, el vapor flueix a l'extrem de condensació sota la diferència de pressió i s'allibera la calor, que es descarrega a través del ventilador;al mateix temps, el vapor torna a condensar-se en líquid i el líquid torna a la secció d'evaporació a través de la metxa.(Si es tracta d'un tub de calor per gravetat, no hi ha metxa i el líquid s'adhereix a la paret del tub i torna a la secció d'evaporació inferior per gravetat).Aquest cicle no s'atura i la calor es transfereix de l'interior del làser a l'exterior.
▲ Principi de dissipació de calor del radiador de tubs de calor
El sistema de soldadura làser portàtil LightWELD 1500 d'IPG utilitza una solució de refrigeració per radiadors de tubs de calor.El disseny i fabricació de LightWELD es caracteritza per la seva petita mida i pes lleuger, la qual cosa lidera una nova generació de canvis en l'actual màquina de soldadura làser de mà.A més de la soldadura, també realitza les funcions de soldadura i neteja per làser de mà.La màquina de soldadura làser de mà LightWELD adopta el mètode de refrigeració per aire, sense el consum d'energia requerit per l'equip refrigerador addicional, eliminant les canonades del refrigerador, components, enllaços de control i manteniment, reduint costos alhora que augmenta la portabilitat i millora la fiabilitat general del sistema.
▲ Sistema de soldadura làser portàtil LightWELD 1500
(La imatge prové d'Internet, si hi ha alguna infracció, poseu-vos en contacte amb nosaltres per eliminar-la)
(3) Refrigeració i refrigeració del compressor
Principi de refrigeració i dissipació de calor del compressor: el compressor comprimeix el refrigerant, converteix el refrigerant en un gas d'alta temperatura i alta pressió i flueix al condensador extern.El gas d'alta temperatura i alta pressió es condensa en un líquid de baixa temperatura i alta pressió, i la calor generada per la liqüefacció es descarrega de la màquina amb el ventilador.El refrigerant líquid de baixa temperatura i alta pressió es despresuritza a través de la vàlvula d'expansió i es converteix en un estat de baixa temperatura, baixa pressió, fàcil d'evaporar i flueix a l'evaporador intern.L'evaporador absorbeix la calor per reduir la temperatura interna del làser per aconseguir l'efecte de refredament, i després el refrigerant es vaporitza en un gas d'alta temperatura i baixa pressió.El gas refrigerant evaporat per l'evaporador torna a ser comprimit pel compressor i circula cap endavant i cap enrere, la qual cosa realitza la dissipació de calor a l'interior de la màquina.
▲ Principi de refrigeració i dissipació de calor del compressor
La màquina de soldadura de mà intel·ligent refrigerada per aire A1500W llançada per GW Laser utilitza l'esquema de refrigeració i dissipació de calor del compressor.GW Laser se centra en l'exploració i innovació contínua de la tecnologia de 976 nm
Combinat amb l'alta eficiència de conversió fotoelèctrica de 976 nm, va resoldre creativament el problema de la capacitat de refrigeració refrigerada per aire i va llançar la primera tecnologia de 976 nm refrigerada per aire de la indústria, que va resoldre els problemes de consum d'energia i portabilitat, i va tornar a liderar el direcció de desenvolupament tecnològic dels làsers de fibra.Aquest model ha realitzat la funció tres en un de soldadura, tall i neteja.
▲ Soldador de mà intel·ligent refrigerat per aire GW Laser A1500W
Comparació de diversos mètodes de refrigeració
L'estructura de la refrigeració del ventilador és relativament simple.Simplement distribueix la calor del dissipador de calor al dissipador de calor i després utilitza la diferència de temperatura entre el dissipador de calor i l'aire ambient per dissipar la calor mitjançant la convecció forçada del ventilador.Quan la temperatura ambient és massa alta a l'estiu, la diferència de temperatura entre el dissipador de calor i l'aire és massa petita i la capacitat de dissipació de calor es reduirà molt.Només pot dissipar la calor de manera passiva, es veu molt afectat pel medi ambient i no pot controlar la temperatura amb precisió.L'avantatge és que l'equip global i el sistema de control són senzills.
En comparació amb el mètode de refrigeració simple del ventilador, el radiador de tubs de calor té més tubs de calor, de manera que la seva estructura és relativament complicada.Es basa en l'evaporació i la condensació del material de treball per transferir ràpidament la calor del dissipador de calor al dissipador de calor i després dissipar la calor a l'aire a través del ventilador.També pertany a la dissipació de calor passiva, que no pot controlar la temperatura amb precisió i es veu molt alterada per la temperatura circumdant.
L'esquema de refrigeració i dissipació de calor del compressor pertany a la dissipació de calor activa.A causa de l'existència del compressor i la vàlvula d'expansió, la temperatura es pot controlar amb precisió ajustant el cabal i la pressió del refrigerant.Al mateix temps, la temperatura del refrigerant al condensador és més alta que la del dissipador de calor, cosa que afavoreix una ràpida generació de calor.transmesa a l'aire.El seu sistema de control és més complicat;al mateix temps, com que la seva estructura és molt més complicada que els dos esquemes anteriors, el volum i el pes de l'equip també s'incrementen en conseqüència.
La majoria dels làsers de fibra tradicionals utilitzen refrigeració per aigua per dissipar la calor.Primer, l'aigua es refreda mitjançant la refrigeració del compressor, i després el làser es refreda amb aigua.L'esquema de dissipació de calor refrigerat per aire de Guanghui Laser utilitza directament la refrigeració del compressor per refredar el làser, abandonant l'existència d'aigua i eliminant l'enllaç de transferència de calor intermedi, de manera que l'eficiència de dissipació de calor és més gran i el volum i el pes es poden reduir.
Al laboratori, utilitzem una caixa de prova de temperatura i humitat constants per establir 35 ° C per simular l'entorn d'ús d'alta temperatura a l'estiu i provem el canvi de temperatura de la fibra de guany interna del làser amb diferents esquemes de refrigeració per aire sota les condicions. de potència total de 1500 W..A partir de les dades experimentals, es pot veure clarament que la temperatura de la fibra augmenta exponencialment en els primers minuts i s'estabilitza al voltant dels 10 minuts.A causa de l'efecte de refrigeració del compressor, el làser es pot refredar activament, de manera que la temperatura es pot controlar per sota dels 60 °C i el canvi de temperatura és relativament estable;mentre que els altres dos només poden dependre de la dissipació de calor passiva, de manera que la temperatura interna és lleugerament superior a la de l'esquema de refrigeració del compressor;, A causa de l'alta eficiència de transferència de calor del tub de calor, la calor es pot exportar bé des de l'interior del làser, de manera que la seva temperatura interna és inferior a la d'un ventilador pur i l'augment de temperatura és més suau.
▲ La temperatura canvia amb el temps quan el làser emet làser de 1,5 kW amb diferents esquemes de refrigeració per aire
(dades de laboratori, pot haver-hi desviacions de l'ús real de camp)
Epíleg
En el camp dels làsers de fibra, GW Laser sempre ha estat apuntant al gegant global del làser IPG.És l'avantatge únic de la marca de Guanghui per crear productes amb qualitat militar.Fa molts anys, GW Laser va començar a organitzar forces de recerca científica per dur a terme l'exploració contínua en la refrigeració de l'aire i la dissipació de calor.En el futur, continuarem millorant aquest aspecte, millorant contínuament l'estabilitat dels productes, realitzant l'actualització iterativa de productes i tecnologies i satisfer les necessitats de més indústries.necessitats de processament
Hora de publicació: 10-mar-2022