Úvodní slovo
S rostoucí aplikací vláknových laserů přitahuje spolehlivost vláknových laserů stále více pozornosti, včetně spolehlivosti výkonu laserového výstupu, spolehlivosti elektronických součástek, spolehlivosti optických zařízení, spolehlivosti systémů atd. Počkejte.Většina z nich úzce souvisí s tepelnými vlastnostmi samotného laseru.Kromě toho má teplota velký vliv na výkon laseru, zejména na výstupní výkon a výstupní stabilitu laseru.
Teplo vláknového laseru pochází hlavně ze zdroje čerpadla a ze ziskové dutiny.U čerpacího zdroje je jeho účinnost přeměny asi 50 %, což také znamená, že se ve formě tepla generuje energie ekvivalentní výstupnímu optickému výkonu.Pokud teplo nemůže být včas odvedeno, teplota vnitřního čipu se rychle zvýší a střední vlnová délka laseru se bude s rostoucí teplotou pohybovat.Pro dutinu zesílení, poté co světlo pumpy vstoupí do aktivního vlákna zesílení, se pouze jeho část přemění na laserový výstup a zbytek energie se přemění na tepelnou energii.Tepelná energie zvýší teplotu zesilovacího média, což má za následek rozšíření fluorescenčního spektra a krátkou životnost spontánní emise, čímž se sníží účinnost přeměny energie.Proto má tepelný management u vláknových laserů nezanedbatelný význam.V současnosti jsou běžně používané technologie tepelného hospodářství především vzduchem a vodou chlazené.Mezi nimi se vzduchem chlazená technologie odvodu tepla používá hlavně v nízkovýkonových pulzních laserech a nízkovýkonových kontinuálních laserech.Většina středně a vysoce výkonných vláknových laserů používá jako hlavní odvod tepla vodou chlazený odvod tepla.
Dva způsoby, jak odvádět teplo
1. Vodní chlazení
Jak název napovídá, vodní chlazení je použití vody k odebírání tepla přes výměník tepla (jako je vodní chladicí deska).Jeho pracovní princip je také velmi jednoduchý, to znamená, že studená voda v chladiči proudí do výměníku tepla přes vodní potrubí a poté vychází z jiného portu výměníku tepla a poté proudí zpět do chladiče přes vodní potrubí. .Teplo je odváděno z vnitřku laseru.
Vodou chlazená metoda odvodu tepla má jednoduchou strukturu a snadno se udržuje;kapacita rozptylu tepla je silná a rovnoměrnost teploty je dobrá.Chladicí výkon laseru lze zlepšit použitím chladiče s větší chladicí kapacitou.V současné době je na trhu více než 500 výrobců integrujících a prodávajících ruční laserové svařovací stroje, kteří zpravidla využívají vodní chlazení.Ruční laserový svařovací stroj s vodním chlazením však kromě samotného laseru vyžaduje také přídavné chladiče a vodu, což má za následek podstatné zvýšení celkového objemu a hmotnosti zařízení a omezené prostředí použití.
2. Chlazení vzduchem
V širokém slova smyslu se vzduchem chlazený odvod tepla týká použití ventilátorů ke zlepšení proudění vzduchu a úplné výměně tepla uvnitř stroje.Se zdokonalováním technologií začali významní výrobci laserů vstupovat do oblasti vzduchového chlazení a odvodu tepla.V červnu loňského roku globální vláknový laserový gigant I uvedl na trh vzduchem chlazený produkt pro ruční laserové svařování LightWELD 1500W;v srpnu uvedla GW v Číně vzduchem chlazený inteligentní laserový svařovací stroj A1500W;v říjnu společnost Reci také uvedla na trh vzduchem chlazený laserový svařovací stroj FCA1500.laser.
▲ Vzduchem chlazená laserová svářečka: reci、IPG、GW
(Obrázek pochází z internetu, pokud dojde k porušení, kontaktujte nás, abychom jej odstranili)
Tyto tři lasery jsou zaměřeny především na tržní segment ručního laserového svařování.Vzduchem chlazené lasery mohou učinit práci flexibilnější a přenosnější.Všechny tři lasery využívají vzduchem chlazený odvod tepla bez dalšího vodního chlazení, což snižuje náklady.Zároveň se výrazně sníží velikost a hmotnost zařízení.Ačkoli se oba nazývají vzduchem chlazené lasery, používaná schémata odvodu tepla chlazeného vzduchem se liší, včetně chlazení ventilátorem, chlazení chladiče s tepelnou trubkou a chlazení a chlazení kompresoru.(1) Odvod tepla ventilátorem U laseru je teplo generované uvnitř zdroje čerpadla a ziskové dutiny odváděno pomocí substrátu s dobrou tepelnou vodivostí (jako je měď, nitrid hliníku atd.) a poté je teplo odváděno konvekcí.Tato metoda se nazývá konvekční chlazení.Přenos tepla konvekcí lze rozdělit na odvod tepla přirozenou konvekcí a nucenou konvekcí podle hnací síly proudění tekutiny.V nepřítomnosti vnější síly může pouze teplotní rozdíl tekutiny způsobit, že tekutina samovolně proudí k přenosu tepla, což nazýváme přirozená konvekce;když existuje vnější hnací síla, to znamená, že kapalina je poháněna ventilátory, ventilátory a dalšími součástmi.proudění, čímž se odebírá teplo, nazýváme to nucenou konvekcí.Vzhledem k extrémně pomalému odvodu tepla a špatnému účinku přirozené konvekce nemůže plně splnit požadavky laserů na odvod tepla.Proto je nutné celý chladicí systém doplnit ventilátorem pro zrychlení proudění vzduchu a přeměnu přirozené konvekce na konvekci nucenou.
▲ Princip chlazení ventilátorem
(2) Radiátor s tepelným potrubím pro odvod tepla
Rozptyl tepla radiátorem s tepelnou trubkou znamená, že tepelná trubice závisí na fázové změně pracovní kapaliny uvnitř sebe, aby se dosáhlo přenosu tepla.Tato kapalina má nízký bod varu a snadno se odpařuje.Jeden konec tepelné trubice je odpařovací konec, který je připojen k chladiči uvnitř laseru;druhý konec je kondenzační konec, který je připojen k externímu chladiči a ventilátoru.Stěna trubky má kapalinu absorbující knot, který je složen z kapilárně porézních materiálů.Při zahřátí laseru se odpařovací konec zahřeje, pracovní kapalina se rychle odpaří, pára pod tlakovým rozdílem proudí ke kondenzačnímu konci a uvolňuje se teplo, které je odváděno ventilátorem;zároveň pára opět kondenzuje na kapalinu a kapalina proudí knotem zpět do odpařovací sekce.(Pokud se jedná o gravitační tepelnou trubici, není zde žádný knot a kapalina přilne ke stěně trubky a gravitací proudí zpět do spodní odpařovací sekce).Tento cyklus se nezastaví a teplo se přenáší z vnitřku laseru ven.
▲ Princip odvodu tepla radiátoru s tepelnou trubicí
Ruční laserový svařovací systém IPG LightWELD 1500 využívá řešení chlazení radiátorem s tepelnou trubicí.Design a výroba LightWELD se vyznačuje malými rozměry a nízkou hmotností, což vede k nové generaci změn v současném ručním laserovém svařovacím stroji.Kromě svařování realizuje také funkce ručního laserového svařování a čištění.Ruční laserový svařovací stroj LightWELD využívá metodu chlazení vzduchem, bez spotřeby energie vyžadované přídavným chladicím zařízením, eliminuje potrubí chladiče, komponenty, ovládací a údržbové spoje, snižuje náklady a zároveň zvyšuje přenositelnost a zlepšuje celkovou spolehlivost systému.
▲ Ruční laserový svařovací systém LightWELD 1500
(Obrázek pochází z internetu, pokud dojde k porušení, kontaktujte nás, abychom jej odstranili)
(3) Chlazení a chlazení kompresoru
Princip kompresorového chlazení a odvodu tepla: Kompresor stlačuje chladivo, přeměňuje chladivo na plyn o vysoké teplotě a vysokém tlaku a proudí do vnějšího kondenzátoru.Vysokoteplotní a vysokotlaký plyn kondenzuje do nízkoteplotní a vysokotlaké kapaliny a teplo vzniklé zkapalňováním je odváděno ven ze stroje ventilátorem.Nízkoteplotní a vysokotlaké kapalné chladivo je odtlakováno přes expanzní ventil a stává se nízkoteplotním, nízkotlakým, snadno odpařitelným stavem a proudí do vnitřního výparníku.Výparník absorbuje teplo, aby snížil vnitřní teplotu laseru, aby se dosáhlo efektu chlazení, a poté se chladivo odpaří na plyn o vysoké teplotě a nízkém tlaku.Plynné chladivo odpařené výparníkem je opět stlačeno kompresorem a cirkuluje tam a zpět, čímž dochází k odvodu tepla uvnitř stroje.
▲ Princip chlazení a odvodu tepla kompresorem
Inteligentní vzduchem chlazený ruční svářecí stroj A1500W uvedený na trh společností GW Laser využívá schéma kompresorového chlazení a odvodu tepla.GW Laser se zaměřuje na neustálý průzkum a inovace 976nm technologie
V kombinaci s vysokou účinností fotoelektrické konverze 976nm kreativně vyřešila problém vzduchem chlazené chladicí kapacity a uvedla na trh první vzduchem chlazenou 976nm technologii v průmyslu, která vyřešila problémy se spotřebou energie a přenositelností a opět vedla směr technologického rozvoje vláknových laserů.Tento model realizoval funkci tři v jednom svařování, řezání a čištění.
▲ Inteligentní vzduchem chlazená ruční svářečka GW Laser A1500W
Porovnání několika způsobů chlazení
Struktura chlazení ventilátorem je poměrně jednoduchá.Jednoduše šíří teplo v chladiči do chladiče a poté využívá teplotní rozdíl mezi chladičem a okolním vzduchem k rozptýlení tepla nucenou konvekcí ventilátoru.Když je okolní teplota v létě příliš vysoká, teplotní rozdíl mezi chladičem a vzduchem je příliš malý a kapacita rozptylu tepla se výrazně sníží.Může pouze pasivně odvádět teplo, je velmi ovlivněno prostředím a nemůže přesně řídit teplotu.Výhodou je, že celkové vybavení a systém ovládání jsou jednoduché.
Ve srovnání s jednoduchou metodou chlazení ventilátorem má radiátor s tepelnými trubicemi více tepelných trubek, takže jeho struktura je poměrně komplikovaná.Spoléhá na odpařování a kondenzaci pracovního materiálu k rychlému přenosu tepla z chladiče do chladiče a následnému odvádění tepla do vzduchu přes ventilátor.Patří také k pasivnímu odvodu tepla, který nedokáže přesně řídit teplotu a je značně rušen okolní teplotou.
Schéma chlazení a odvodu tepla kompresorem patří k aktivnímu odvodu tepla.Díky existenci kompresoru a expanzního ventilu lze teplotu přesně řídit úpravou průtoku a tlaku chladiva.Zároveň je teplota chladiva v kondenzátoru vyšší než teplota chladiče, což přispívá k rychlému vývinu tepla.přenášeny do vzduchu.Jeho řídicí systém je složitější;současně, protože jeho struktura je mnohem komplikovanější než výše uvedená dvě schémata, se odpovídajícím způsobem zvyšuje také objem a hmotnost zařízení.
Většina tradičních vláknových laserů používá vodní chlazení k rozptýlení tepla.Nejprve se voda ochladí kompresorovým chlazením a poté se laser ochladí vodou.Vzduchem chlazené schéma odvodu tepla Guanghui Laser přímo využívá kompresorové chlazení k chlazení laseru, čímž se opouští existence vody a eliminuje se mezičlánek pro přenos tepla, takže účinnost odvodu tepla je vyšší a objem a hmotnost lze zmenšit.
V laboratoři používáme testovací box s konstantní teplotou a vlhkostí k nastavení 35 °C pro simulaci prostředí s vysokou teplotou v létě a testujeme změnu teploty vnitřního zesíleného vlákna laseru s různými schématy chlazení vzduchem za podmínek s plným výkonem 1500W..Z experimentálních dat je jasně vidět, že teplota vlákna roste exponenciálně v prvních minutách a stabilizuje se kolem 10 minut.Díky chladicímu efektu kompresoru může být laser aktivně chlazen, takže teplota může být řízena pod 60 °C a změna teploty je relativně stabilní;zatímco ostatní dva se mohou spoléhat pouze na pasivní odvod tepla, takže vnitřní teplota je o něco vyšší než u schématu chlazení kompresoru;, Vzhledem k vysoké účinnosti přenosu tepla tepelné trubice může být teplo dobře exportováno z vnitřku laseru, takže jeho vnitřní teplota je nižší než u čistého ventilátoru a nárůst teploty je šetrnější.
▲ Změna teploty s časem, kdy laser vydává 1,5 kW laser s různými schématy chlazení vzduchem
(laboratorní údaje, mohou existovat odchylky od skutečného použití v terénu)
Epilog
V oblasti vláknových laserů GW Laser vždy cílil na globálního laserového giganta IPG.Jedinečnou výhodou značky Guanghui je vytvářet produkty s vojenskou kvalitou.Před mnoha lety začala společnost GW Laser organizovat vědecké výzkumné síly k provádění nepřetržitého průzkumu chlazení vzduchem a odvodu tepla.V budoucnu budeme tento aspekt nadále zlepšovat, neustále zlepšovat stabilitu produktů, realizovat iterativní upgrady produktů a technologií a uspokojovat potřeby více průmyslových odvětví.potřeby zpracování
Čas odeslání: 10. března 2022