Forord
Med den stigende anvendelse af fiberlasere har pålideligheden af fiberlasere tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed, herunder pålideligheden af laserudgangsydelse, pålideligheden af elektroniske komponenter, pålideligheden af optiske enheder, pålideligheden af systemer osv. Vent.De fleste af disse er tæt forbundet med selve laserens termiske egenskaber.Derudover har temperaturen stor indflydelse på laserens ydeevne, især laserens udgangseffekt og udgangsstabilitet.
Fiberlaserens varme kommer hovedsageligt fra pumpekilden og forstærkningshulrummet.For pumpekilden er dens konverteringseffektivitet omkring 50 %, hvilket også betyder, at der genereres en energi svarende til den udgående optiske effekt i form af varme.Hvis varmen ikke kan spredes i tide, vil temperaturen på den interne chip stige hurtigt, og laserens midterbølgelængde vil drive, når temperaturen stiger.For forstærkningshulrummet, efter at pumpelyset kommer ind i den aktive forstærkningsfiber, konverteres kun en del af det til laseroutput, og resten af energien omdannes til varmeenergi.Termisk energi vil øge temperaturen på forstærkningsmediet, hvilket resulterer i en udvidelse af fluorescensspektret og en kort levetid for spontan emission, hvorved energiomdannelseseffektiviteten reduceres.Derfor har termisk styring en ikke ubetydelig betydning for fiberlasere.På nuværende tidspunkt er de almindeligt anvendte termiske styringsteknologier hovedsageligt luftkølede og vandkølede.Blandt dem bruges den luftkølede varmeafledningsteknologi hovedsageligt i pulserende lasere med lav effekt og kontinuerlige lasere med lav effekt.De fleste af mellem- og højeffektfiberlaserne bruger vandkølet varmeafledning som den primære varmeafledning.
To måder at aflede varme på
1. Vandkøling
Som navnet antyder, er vandkøling brugen af vand til at fjerne varme gennem en varmeveksler (såsom en vandkøleplade).Dets arbejdsprincip er også meget enkelt, det vil sige, at det kolde vand i køleren strømmer ind i varmeveksleren gennem vandrøret og kommer derefter ud fra en anden åbning af varmeveksleren og strømmer derefter tilbage til køleren gennem vandrøret .Varme føres væk fra indersiden af laseren.
Den vandkølede varmeafledningsmetode har en enkel struktur og er nem at vedligeholde;varmeafledningskapaciteten er stærk, og temperaturens ensartethed er god.Laserens køleydelse kan forbedres ved at bruge en chiller med større kølekapacitet.På nuværende tidspunkt er der mere end 500 producenter, der integrerer og sælger håndholdte lasersvejsemaskiner på markedet, og de bruger generelt vandkøling.Ud over selve laseren kræver den håndholdte lasersvejsemaskine med vandkøling dog også yderligere kølere og vand, hvilket resulterer i en væsentlig stigning i udstyrets samlede volumen og vægt og begrænsede brugsmiljøer.
2. Luftkøling
I bred forstand refererer luftkølet varmeafledning til brugen af ventilatorer til at forbedre luftkonvektion og fuldstændig varmeudveksling inde i maskinen.Med forbedringen af teknologien er store laserproducenter begyndt at sætte deres fod inden for luftkøling og varmeafledning.I juni sidste år lancerede den globale fiberlasergigant I-virksomhed det luftkølede LightWELD 1500W håndholdte lasersvejseprodukt;i august lancerede GW den luftkølede A1500W intelligent lasersvejsemaskine i Kina;i oktober frigav firmaet Reci også den luftkølede lasersvejsemaskine FCA1500.laser.
▲ Luftkølet lasersvejser：reci、IPG、GW
(Billedet kommer fra internettet, hvis der er nogen krænkelse, kontakt os venligst for at slette det)
Disse tre lasere er hovedsageligt rettet mod markedssegmentet håndholdt lasersvejsning.Luftkølede lasere kan gøre arbejdet mere fleksibelt og bærbart.Alle tre lasere bruger luftkølet varmeafledning uden yderligere vandkøleudstyr, hvilket reducerer omkostningerne.Samtidig reduceres udstyrets størrelse og vægt kraftigt.Selvom de begge kaldes luftkølede lasere, er de anvendte luftkølede varmeafledningsskemaer forskellige, herunder ventilatorkøling, varmerørsradiatorkøling og kompressorkøling og -køling.(1) Blæservarmeafledning I laseren spredes varmen, der genereres inde i pumpekilden og forstærkningshulrummet, ved hjælp af et substrat med god termisk ledningsevne (såsom kobber, aluminiumnitrid osv.), og derefter spredes varmen ved konvektion.Denne metode kaldes konvektionskøling.Konvektiv varmeoverførsel kan opdeles i naturlig konvektion og tvungen konvektionsvarmeafledning i henhold til væskestrømmens drivkraft.I mangel af ydre kraft er det kun væskens temperaturforskel, der kan få væsken til at flyde spontant for at udføre varmeoverførsel, som vi kalder naturlig konvektion;når der er en ekstern drivkraft, det vil sige, at væsken drives af ventilatorer, ventilatorer og andre komponenter.flow og derved fjerne varme, vi kalder det tvungen konvektion.På grund af den ekstremt langsomme varmeafledning og dårlige effekt af naturlig konvektion, kan den ikke fuldt ud opfylde kravene til varmeafledning af lasere.Derfor er det nødvendigt at tilføje en ventilator til hele kølesystemet for at fremskynde luftstrømmen og omdanne naturlig konvektion til tvungen konvektion.
▲ Ventilatorkøleprincip
(2) Varmrørsradiator for at aflede varme
Varmeafgivelsen af varmerørsradiatoren betyder, at varmerøret er afhængig af faseændringen af arbejdsvæsken inde i sig selv for at opnå varmeoverførsel.Denne væske har et lavt kogepunkt og er let at fordampe.Den ene ende af varmerøret er fordampningsenden, som er forbundet med kølepladen inde i laseren;den anden ende er kondensvandsenden, som er forbundet til den eksterne køleplade og ventilatoren.Rørvæggen har en væskeabsorberende væge, som er sammensat af kapillære porøse materialer.Når laseren opvarmes, opvarmes fordampningsenden, arbejdsvæsken fordamper hurtigt, dampen strømmer til kondenseringsenden under trykforskellen, og varmen frigives, som udledes gennem ventilatoren;samtidig fortættes dampen til væske igen, og væsken strømmer tilbage til fordampningsdelen gennem vægen.(Hvis det er et tyngdekraftvarmerør, er der ingen væge, og væsken klæber til rørvæggen og strømmer tilbage til den nederste fordampningssektion ved tyngdekraften).Denne cyklus stopper ikke, og varmen overføres fra indersiden af laseren til ydersiden.
▲ Varmeafledningsprincip for varmerørsradiator
IPG's LightWELD 1500 håndholdte lasersvejsesystem bruger en varmerørsradiatorkøleløsning.Designet og fremstillingen af LightWELD er kendetegnet ved lille størrelse og lav vægt, hvilket fører til en ny generation af ændringer i den nuværende håndholdte lasersvejsemaskine.Ud over svejsning realiserer den også funktionerne ved håndholdt lasersvejsning og rengøring.LightWELD håndholdt lasersvejsemaskine anvender en luftkølingsmetode uden det strømforbrug, der kræves af yderligere køleanlæg, hvilket eliminerer kølerens rørledninger, komponenter, kontrol- og vedligeholdelsesforbindelser, reducerer omkostningerne, mens den øger bærbarheden og forbedrer systemets overordnede pålidelighed.
▲ LightWELD 1500 håndholdt lasersvejsesystem
(Billedet kommer fra internettet, hvis der er nogen krænkelse, kontakt os venligst for at slette det)
(3) Kompressorkøling og køling
Kompressorens køling og varmeafledningsprincip: Kompressoren komprimerer kølemidlet, omdanner kølemidlet til en højtemperatur- og højtryksgas og strømmer til den eksterne kondensator.Højtemperatur- og højtryksgassen kondenseres til en lavtemperatur- og højtryksvæske, og varmen, der genereres af fortætningen, ledes ud af maskinen med ventilatoren.Det flydende lavtemperatur- og højtrykskølemiddel tages af trykket gennem ekspansionsventilen og bliver en lavtemperatur-, lavtryks-, let-at-fordampelig tilstand og strømmer til den interne fordamper.Fordamperen absorberer varme for at reducere laserens indre temperatur for at opnå effekten af afkøling, og derefter fordamper kølemidlet til en gas med høj temperatur og lavt tryk.Gaskølemidlet, der fordampes af fordamperen, komprimeres igen af kompressoren og cirkulerer frem og tilbage, hvilket realiserer varmeafledningen inde i maskinen.
▲ Kompressorens køling og varmeafledningsprincip
Den A1500W smarte luftkølede håndholdte svejsemaskine lanceret af GW Laser bruger kompressorens køling og varmeafledningsskema.GW Laser fokuserer på den kontinuerlige udforskning og innovation af 976nm-teknologi
Kombineret med den høje fotoelektriske konverteringseffektivitet på 976nm løste det kreativt problemet med luftkølet kølekapacitet og lancerede den første luftkølede 976nm teknologi i branchen, som løste problemerne med strømforbrug og bærbarhed, og igen førte teknologisk udviklingsretning af fiberlasere.Denne model har realiseret tre-i-én-funktionen svejsning, skæring og rengøring.
▲ GW Laser A1500W Smart luftkølet håndholdt svejser
Sammenligning af flere kølemetoder
Strukturen af ventilatorkøling er relativt enkel.Den spreder simpelthen varmen i kølepladen til kølepladen og bruger derefter temperaturforskellen mellem kølepladen og den omgivende luft til at aflede varmen gennem tvungen konvektion af ventilatoren.Når den omgivende temperatur er for høj om sommeren, er temperaturforskellen mellem kølepladen og luften for lille, og varmeafledningsevnen vil blive stærkt reduceret.Det kan kun passivt aflede varme, er stærkt påvirket af miljøet og kan ikke nøjagtigt kontrollere temperaturen.Fordelen er, at det overordnede udstyr og styresystem er enkelt.
Sammenlignet med den enkle blæserkølemetode har varmerørsradiatoren flere varmerør, så dens struktur er relativt kompliceret.Den er afhængig af fordampning og kondensering af arbejdsmaterialet for hurtigt at overføre varme fra kølepladen til kølepladen og derefter sprede varmen til luften gennem ventilatoren.Det hører også til passiv varmeafledning, som ikke nøjagtigt kan kontrollere temperaturen og i høj grad forstyrres af den omgivende temperatur.
Kompressorens køling og varmeafledningsskema hører til aktiv varmeafledning.På grund af eksistensen af kompressoren og ekspansionsventilen kan temperaturen styres præcist ved at justere flow og tryk af kølemidlet.Samtidig er temperaturen på kølemidlet i kondensatoren højere end kølepladens temperatur, hvilket er befordrende for hurtig varmeudvikling.overføres til luften.Dens kontrolsystem er mere kompliceret;på samme tid, fordi dens struktur er meget mere kompliceret end de ovennævnte to ordninger, øges udstyrets volumen og vægt også tilsvarende.
De fleste af de traditionelle fiberlasere bruger vandkøling til at sprede varme.Først afkøles vandet ved kompressorkøling, og derefter afkøles laseren med vand.Den luftkølede varmeafledningsordning for Guanghui Laser bruger direkte kompressorkøling til at køle laseren, opgiver eksistensen af vand og eliminerer den mellemliggende varmeoverførselsforbindelse, så varmeafledningseffektiviteten er højere, og volumen og vægt kan gøres mindre.
I laboratoriet bruger vi en testboks med konstant temperatur og fugtighed til at indstille 35°C for at simulere højtemperaturbrugsmiljøet om sommeren og tester temperaturændringen af laserens interne forstærkningsfiber med forskellige luftkølesystemer under betingelserne med fuld 1500W effekt..Fra de eksperimentelle data kan det tydeligt ses, at fibertemperaturen stiger eksponentielt i de første par minutter og stabiliserer sig omkring 10 minutter.På grund af kompressorens køleeffekt kan laseren aktivt køles, så temperaturen kan styres under 60 °C, og temperaturændringen er relativt stabil;mens de to andre kun kan stole på passiv varmeafledning, så den indre temperatur er lidt højere end kompressorens køleskema;, På grund af varmerørets høje varmeoverførselseffektivitet kan varmen godt eksporteres fra indersiden af laseren, så dens indre temperatur er lavere end en ren blæser, og temperaturstigningen er mere skånsom.
▲ Temperaturen ændrer sig med tiden, når laseren udsender 1,5 kW laser med forskellige luftkølesystemer
(laboratoriedata, der kan være afvigelser fra faktisk markanvendelse)
Epilog
Inden for fiberlasere har GW Laser altid sigtet mod den globale lasergigant IPG.Det er den unikke mærkefordel ved Guanghui at skabe produkter med militær kvalitet.For mange år siden begyndte GW Laser at organisere videnskabelige forskningsstyrker til at udføre kontinuerlig efterforskning i luftkøling og varmeafledning.I fremtiden vil vi fortsætte med at forbedre dette aspekt, løbende forbedre produkternes stabilitet, realisere iterativ opgradering af produkter og teknologier og imødekomme behovene i flere industrier.behandlingsbehov
Posttid: Mar-10-2022