Πρόλογος
Με την αυξανόμενη εφαρμογή των λέιζερ ινών, η αξιοπιστία των λέιζερ ινών έχει προσελκύσει όλο και περισσότερη προσοχή, συμπεριλαμβανομένης της αξιοπιστίας της απόδοσης εξόδου λέιζερ, της αξιοπιστίας των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, της αξιοπιστίας των οπτικών συσκευών, της αξιοπιστίας των συστημάτων κ.λπ. Περιμένετε.Τα περισσότερα από αυτά σχετίζονται στενά με τις θερμικές ιδιότητες του ίδιου του λέιζερ.Επιπλέον, η θερμοκρασία έχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση του λέιζερ, ειδικά στην ισχύ εξόδου και στη σταθερότητα εξόδου του λέιζερ.
Η θερμότητα του λέιζερ ινών προέρχεται κυρίως από την πηγή της αντλίας και την κοιλότητα απολαβής.Για την πηγή της αντλίας, η απόδοση μετατροπής της είναι περίπου 50%, πράγμα που σημαίνει επίσης ότι παράγεται ενέργεια ισοδύναμη με την οπτική ισχύ εξόδου με τη μορφή θερμότητας.Εάν η θερμότητα δεν μπορεί να διαλυθεί εγκαίρως, η θερμοκρασία του εσωτερικού τσιπ θα αυξηθεί γρήγορα και το κεντρικό μήκος κύματος του λέιζερ θα μετατοπιστεί καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.Για την κοιλότητα απολαβής, αφού το φως της αντλίας εισέλθει στην ενεργή ίνα απολαβής, μόνο ένα μέρος της μετατρέπεται σε έξοδο λέιζερ και η υπόλοιπη ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια.Η θερμική ενέργεια θα αυξήσει τη θερμοκρασία του μέσου απολαβής, με αποτέλεσμα τη διεύρυνση του φάσματος φθορισμού και μια μικρή διάρκεια ζωής της αυθόρμητης εκπομπής, μειώνοντας έτσι την απόδοση μετατροπής ενέργειας.Επομένως, η θερμική διαχείριση έχει μια μη αμελητέα σημασία για τα λέιζερ ινών.Επί του παρόντος, οι τεχνολογίες θερμικής διαχείρισης που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι κυρίως αερόψυκτες και υδρόψυκτες.Μεταξύ αυτών, η αερόψυκτη τεχνολογία απαγωγής θερμότητας χρησιμοποιείται κυρίως σε παλμικά λέιζερ χαμηλής ισχύος και συνεχή λέιζερ χαμηλής ισχύος.Τα περισσότερα από τα λέιζερ ινών μεσαίας και υψηλής ισχύος χρησιμοποιούν την υδρόψυκτη απαγωγή θερμότητας ως την κύρια απαγωγή θερμότητας.
Δύο τρόποι για να διαχέετε τη θερμότητα
1. Υδροψύξη
Όπως υποδηλώνει το όνομα, η υδρόψυξη είναι η χρήση νερού για την απομάκρυνση της θερμότητας μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας (όπως μια πλάκα ψύξης νερού).Η αρχή λειτουργίας του είναι επίσης πολύ απλή, δηλαδή το κρύο νερό στο ψυκτικό συγκρότημα ρέει στον εναλλάκτη θερμότητας μέσω του σωλήνα νερού και στη συνέχεια βγαίνει από μια άλλη θύρα του εναλλάκτη θερμότητας και στη συνέχεια ρέει πίσω στο ψύκτη μέσω του σωλήνα νερού .Η θερμότητα απομακρύνεται από το εσωτερικό του λέιζερ.
Η υδρόψυκτη μέθοδος απαγωγής θερμότητας έχει απλή δομή και είναι εύκολη στη συντήρηση.η ικανότητα διάχυσης θερμότητας είναι ισχυρή και η ομοιομορφία θερμοκρασίας είναι καλή.Η απόδοση ψύξης του λέιζερ μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση ψύκτη με μεγαλύτερη ψυκτική ικανότητα.Επί του παρόντος, υπάρχουν περισσότεροι από 500 κατασκευαστές που ενσωματώνουν και πωλούν φορητές μηχανές συγκόλλησης λέιζερ στην αγορά και γενικά χρησιμοποιούν υδρόψυξη.Ωστόσο, εκτός από το ίδιο το λέιζερ, η χειροκίνητη μηχανή συγκόλλησης με λέιζερ με υδρόψυξη απαιτεί επίσης πρόσθετα ψυκτικά συγκροτήματα και νερό, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα σημαντική αύξηση του συνολικού όγκου και βάρους του εξοπλισμού και σε περιβάλλον περιορισμένης χρήσης.
2. Αερόψυξη
Με μια ευρεία έννοια, η αερόψυκτη απαγωγή θερμότητας αναφέρεται στη χρήση ανεμιστήρων για τη βελτίωση της μεταφοράς αέρα και την πλήρη ανταλλαγή θερμότητας μέσα στο μηχάνημα.Με τη βελτίωση της τεχνολογίας, μεγάλοι κατασκευαστές λέιζερ έχουν αρχίσει να πατούν το πόδι τους στον τομέα της ψύξης του αέρα και της απαγωγής θερμότητας.Τον Ιούνιο του περασμένου έτους, ο παγκόσμιος γίγαντας λέιζερ ινών I παρουσίασε το αερόψυκτο προϊόν συγκόλλησης λέιζερ χειρός LightWELD 1500W.Τον Αύγουστο, η GW κυκλοφόρησε την αερόψυκτη μηχανή συγκόλλησης με λέιζερ A1500W στην Κίνα.τον Οκτώβριο, η εταιρεία Reci κυκλοφόρησε επίσης την αερόψυκτη μηχανή συγκόλλησης λέιζερ FCA1500.λέιζερ.
▲ Αερόψυκτος συγκολλητής λέιζερ: reci, IPG, GW
(Η εικόνα προέρχεται από το Διαδίκτυο, εάν υπάρχει παραβίαση, επικοινωνήστε μαζί μας για να τη διαγράψουμε)
Αυτά τα τρία λέιζερ στοχεύουν κυρίως στο τμήμα της αγοράς της συγκόλλησης με λέιζερ χειρός.Τα αερόψυκτα λέιζερ μπορούν να κάνουν την εργασία πιο ευέλικτη και φορητή.Και τα τρία λέιζερ χρησιμοποιούν αερόψυκτη απαγωγή θερμότητας χωρίς πρόσθετο εξοπλισμό ψύξης νερού, γεγονός που μειώνει το κόστος.Ταυτόχρονα, το μέγεθος και το βάρος του εξοπλισμού μειώνονται σημαντικά.Αν και ονομάζονται και τα δύο αερόψυκτα λέιζερ, τα αερόψυκτα σχήματα απαγωγής θερμότητας που χρησιμοποιούνται είναι διαφορετικά, συμπεριλαμβανομένης της ψύξης με ανεμιστήρα, της ψύξης του καλοριφέρ σωλήνων θερμότητας και της ψύξης και ψύξης του συμπιεστή.(1) Διάχυση θερμότητας ανεμιστήρα Στο λέιζερ, η θερμότητα που παράγεται μέσα στην κοιλότητα της πηγής και του κέρδους της αντλίας διαχέεται χρησιμοποιώντας ένα υπόστρωμα με καλή θερμική αγωγιμότητα (όπως χαλκός, νιτρίδιο αλουμινίου κ.λπ.) και στη συνέχεια η θερμότητα διαχέεται με μεταφορά.Αυτή η μέθοδος ονομάζεται ψύξη με συναγωγή.Η μεταφορά θερμότητας με συναγωγή μπορεί να χωριστεί σε φυσική μεταφορά και εξαναγκασμένη μεταφορά θερμότητας ανάλογα με την κινητήρια δύναμη της ροής του ρευστού.Απουσία εξωτερικής δύναμης, μόνο η διαφορά θερμοκρασίας του ρευστού μπορεί να κάνει το ρευστό να ρέει αυθόρμητα για να διεξάγει μεταφορά θερμότητας, την οποία ονομάζουμε φυσική συναγωγή.όταν υπάρχει εξωτερική κινητήρια δύναμη, δηλαδή το υγρό κινείται από ανεμιστήρες, ανεμιστήρες και άλλα εξαρτήματα.ροή, αφαιρώντας έτσι τη θερμότητα, την ονομάζουμε εξαναγκασμένη μεταφορά.Λόγω της εξαιρετικά αργής απαγωγής θερμότητας και της κακής επίδρασης της φυσικής μεταφοράς, δεν μπορεί να καλύψει πλήρως τις απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας των λέιζερ.Επομένως, είναι απαραίτητο να προσθέσετε έναν ανεμιστήρα σε ολόκληρο το σύστημα ψύξης για να επιταχύνετε τη ροή του αέρα και να μετατρέψετε τη φυσική μεταφορά σε εξαναγκασμένη μεταφορά.
▲ Αρχή ψύξης ανεμιστήρα
(2) Καλοριφέρ σωλήνα θερμότητας για να διαχέει τη θερμότητα
Η απαγωγή θερμότητας του καλοριφέρ σωλήνα θερμότητας σημαίνει ότι ο σωλήνας θερμότητας βασίζεται στην αλλαγή φάσης του υγρού εργασίας μέσα του για να επιτύχει τη μεταφορά θερμότητας.Αυτό το υγρό έχει χαμηλό σημείο βρασμού και είναι εύκολο να εξατμιστεί.Το ένα άκρο του σωλήνα θερμότητας είναι το άκρο της εξάτμισης, το οποίο συνδέεται με την ψύκτρα μέσα στο λέιζερ.το άλλο άκρο είναι το άκρο συμπύκνωσης, το οποίο συνδέεται με την εξωτερική ψύκτρα και τον ανεμιστήρα.Το τοίχωμα του σωλήνα έχει ένα φυτίλι που απορροφά υγρά, το οποίο αποτελείται από τριχοειδή πορώδη υλικά.Όταν το λέιζερ θερμαίνεται, το άκρο εξάτμισης θερμαίνεται, το υγρό εργασίας εξατμίζεται γρήγορα, ο ατμός ρέει στο άκρο συμπύκνωσης κάτω από τη διαφορά πίεσης και η θερμότητα απελευθερώνεται, η οποία εκκενώνεται μέσω του ανεμιστήρα.Ταυτόχρονα, ο ατμός συμπυκνώνεται ξανά σε υγρό και το υγρό ρέει πίσω στο τμήμα εξάτμισης μέσω του φυτιλιού.(Εάν πρόκειται για σωλήνα θερμότητας βαρύτητας, δεν υπάρχει φυτίλι και το υγρό προσκολλάται στο τοίχωμα του σωλήνα και ρέει πίσω στο κάτω τμήμα εξάτμισης με τη βαρύτητα).Αυτός ο κύκλος δεν σταματά και η θερμότητα μεταφέρεται από το εσωτερικό του λέιζερ προς τα έξω.
▲ Αρχή απαγωγής θερμότητας του καλοριφέρ σωλήνα θερμότητας
Το φορητό σύστημα συγκόλλησης λέιζερ LightWELD 1500 της IPG χρησιμοποιεί μια λύση ψύξης καλοριφέρ σωλήνων θερμότητας.Ο σχεδιασμός και η κατασκευή του LightWELD χαρακτηρίζεται από μικρό μέγεθος και μικρό βάρος, γεγονός που οδηγεί μια νέα γενιά αλλαγών στην τρέχουσα φορητή μηχανή συγκόλλησης λέιζερ.Εκτός από τη συγκόλληση, πραγματοποιεί επίσης τις λειτουργίες της συγκόλλησης και καθαρισμού με λέιζερ χειρός.Η φορητή μηχανή συγκόλλησης λέιζερ LightWELD υιοθετεί τη μέθοδο ψύξης με αέρα, χωρίς την κατανάλωση ενέργειας που απαιτείται από τον πρόσθετο εξοπλισμό ψύκτη, εξαλείφοντας τις σωληνώσεις του ψυκτικού συγκροτήματος, τα εξαρτήματα, τους συνδέσμους ελέγχου και συντήρησης, μειώνοντας το κόστος αυξάνοντας παράλληλα τη φορητότητα και βελτιώνοντας τη συνολική αξιοπιστία του συστήματος.
▲ LightWELD 1500 Handheld Laser Welding System
(Η εικόνα προέρχεται από το Διαδίκτυο, εάν υπάρχει παραβίαση, επικοινωνήστε μαζί μας για να τη διαγράψουμε)
(3) Ψύξη και ψύξη συμπιεστή
Αρχή ψύξης και απαγωγής θερμότητας συμπιεστή: Ο συμπιεστής συμπιέζει το ψυκτικό, μετατρέπει το ψυκτικό σε αέριο υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης και ρέει στον εξωτερικό συμπυκνωτή.Το αέριο υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης συμπυκνώνεται σε υγρό χαμηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης και η θερμότητα που παράγεται από την υγροποίηση αποβάλλεται από το μηχάνημα με τον ανεμιστήρα.Το υγρό ψυκτικό χαμηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης αποσυμπιέζεται μέσω της εκτονωτικής βαλβίδας και γίνεται κατάσταση χαμηλής θερμοκρασίας, χαμηλής πίεσης, εύκολη στην εξάτμιση και ρέει στον εσωτερικό εξατμιστή.Ο εξατμιστής απορροφά θερμότητα για να μειώσει την εσωτερική θερμοκρασία του λέιζερ για να επιτύχει το αποτέλεσμα της ψύξης και στη συνέχεια το ψυκτικό εξατμίζεται σε αέριο υψηλής θερμοκρασίας και χαμηλής πίεσης.Το ψυκτικό υγρό αερίου που εξατμίζεται από τον εξατμιστή συμπιέζεται ξανά από τον συμπιεστή και κυκλοφορεί εμπρός και πίσω, πράγμα που αντιλαμβάνεται τη διάχυση θερμότητας μέσα στο μηχάνημα.
▲ Αρχή ψύξης και απαγωγής θερμότητας συμπιεστή
Η έξυπνη αεροσυγκόλληση χειρός A1500W που κυκλοφόρησε από την GW Laser χρησιμοποιεί το σχήμα ψύξης και απαγωγής θερμότητας συμπιεστή.Το GW Laser εστιάζει στη συνεχή εξερεύνηση και καινοτομία της τεχνολογίας 976nm
Σε συνδυασμό με την υψηλή απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής των 976nm, έλυσε δημιουργικά το πρόβλημα της αερόψυκτης ικανότητας ψύξης και κυκλοφόρησε την πρώτη αερόψυκτη τεχνολογία 976nm στη βιομηχανία, η οποία έλυσε τα προβλήματα κατανάλωσης ενέργειας και φορητότητας και για άλλη μια φορά οδήγησε την κατεύθυνση τεχνολογικής ανάπτυξης των λέιζερ ινών.Αυτό το μοντέλο έχει πραγματοποιήσει τη λειτουργία τρία σε ένα συγκόλλησης, κοπής και καθαρισμού.
▲ Έξυπνος αερόψυκτος ηλεκτροσυγκολλητής GW Laser A1500W
Σύγκριση πολλών μεθόδων ψύξης
Η δομή της ψύξης με ανεμιστήρα είναι σχετικά απλή.Απλώς διαχέει τη θερμότητα της ψύκτρας στην ψύκτρα και στη συνέχεια χρησιμοποιεί τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της ψύκτρας και του αέρα του περιβάλλοντος για να διαχέει τη θερμότητα μέσω της εξαναγκασμένης μεταφοράς του ανεμιστήρα.Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι πολύ υψηλή το καλοκαίρι, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της ψύκτρας και του αέρα είναι πολύ μικρή και η ικανότητα απαγωγής θερμότητας θα μειωθεί σημαντικά.Μπορεί να διαχέει μόνο παθητικά τη θερμότητα, επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από το περιβάλλον και δεν μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια τη θερμοκρασία.Το πλεονέκτημα είναι ότι ο συνολικός εξοπλισμός και το σύστημα ελέγχου είναι απλά.
Σε σύγκριση με την απλή μέθοδο ψύξης με ανεμιστήρα, το ψυγείο σωλήνων θερμότητας έχει περισσότερους σωλήνες θερμότητας, επομένως η δομή του είναι σχετικά περίπλοκη.Βασίζεται στην εξάτμιση και τη συμπύκνωση του υλικού εργασίας για τη γρήγορη μεταφορά θερμότητας από την ψύκτρα στην ψύκτρα και στη συνέχεια τη διάχυση της θερμότητας στον αέρα μέσω του ανεμιστήρα.Ανήκει επίσης στην παθητική διάχυση θερμότητας, η οποία δεν μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια τη θερμοκρασία και διαταράσσεται πολύ από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Το σχήμα ψύξης και απαγωγής θερμότητας συμπιεστή ανήκει στην ενεργή απαγωγή θερμότητας.Λόγω της ύπαρξης του συμπιεστή και της βαλβίδας εκτόνωσης, η θερμοκρασία μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια ρυθμίζοντας τη ροή και την πίεση του ψυκτικού μέσου.Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου στον συμπυκνωτή είναι υψηλότερη από αυτή της ψύκτρας, η οποία ευνοεί την ταχεία παραγωγή θερμότητας.μεταδίδεται στον αέρα.Το σύστημα ελέγχου του είναι πιο περίπλοκο.Ταυτόχρονα, επειδή η δομή του είναι πολύ πιο περίπλοκη από τα δύο παραπάνω σχήματα, ο όγκος και το βάρος του εξοπλισμού αυξάνονται επίσης ανάλογα.
Τα περισσότερα από τα παραδοσιακά λέιζερ ινών χρησιμοποιούν ψύξη νερού για να διαχέουν τη θερμότητα.Πρώτα, το νερό ψύχεται με ψύξη με συμπιεστή και στη συνέχεια το λέιζερ ψύχεται με νερό.Το αερόψυκτο σύστημα απαγωγής θερμότητας του Guanghui Laser χρησιμοποιεί απευθείας ψύξη συμπιεστή για την ψύξη του λέιζερ, εγκαταλείποντας την ύπαρξη νερού και εξαλείφοντας τον ενδιάμεσο σύνδεσμο μεταφοράς θερμότητας, έτσι ώστε η απόδοση απαγωγής θερμότητας είναι υψηλότερη και ο όγκος και το βάρος μπορούν να γίνουν μικρότερα.
Στο εργαστήριο, χρησιμοποιούμε ένα κουτί δοκιμής σταθερής θερμοκρασίας και υγρασίας για να ρυθμίσουμε τους 35°C για να προσομοιώσουμε το περιβάλλον χρήσης υψηλής θερμοκρασίας το καλοκαίρι και δοκιμάζουμε την αλλαγή θερμοκρασίας της εσωτερικής ίνας απολαβής του λέιζερ με διαφορετικά σχήματα ψύξης αέρα υπό τις συνθήκες με πλήρη ισχύ 1500W..Από τα πειραματικά δεδομένα, μπορεί να φανεί ξεκάθαρα ότι η θερμοκρασία της ίνας αυξάνεται εκθετικά τα πρώτα λεπτά και σταθεροποιείται γύρω στα 10 λεπτά.Λόγω της επίδρασης ψύξης του συμπιεστή, το λέιζερ μπορεί να ψυχθεί ενεργά, έτσι ώστε η θερμοκρασία να μπορεί να ελεγχθεί κάτω από 60 °C και η αλλαγή θερμοκρασίας είναι σχετικά σταθερή.ενώ τα άλλα δύο μπορούν να βασίζονται μόνο στην παθητική απαγωγή θερμότητας, επομένως η εσωτερική θερμοκρασία είναι ελαφρώς υψηλότερη από αυτή του συστήματος ψύξης του συμπιεστή., Λόγω της υψηλής απόδοσης μεταφοράς θερμότητας του σωλήνα θερμότητας, η θερμότητα μπορεί να εξαχθεί καλά από το εσωτερικό του λέιζερ, επομένως η εσωτερική του θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από αυτή ενός καθαρού ανεμιστήρα και η αύξηση της θερμοκρασίας είναι πιο ήπια.
▲ Η θερμοκρασία αλλάζει με το χρόνο όταν το λέιζερ εξόδου λέιζερ 1,5 kW με διαφορετικά συστήματα ψύξης αέρα
(εργαστηριακά δεδομένα, ενδέχεται να υπάρχουν αποκλίσεις από την πραγματική χρήση πεδίου)
Επίλογος
Στον τομέα των λέιζερ ινών, η GW Laser πάντα στόχευε στον παγκόσμιο γίγαντα λέιζερ IPG.Είναι το μοναδικό εμπορικό πλεονέκτημα της Guanghui να δημιουργεί προϊόντα με στρατιωτική ποιότητα.Πριν από πολλά χρόνια, η GW Laser άρχισε να οργανώνει δυνάμεις επιστημονικής έρευνας για τη διεξαγωγή συνεχών εξερευνήσεων στην ψύξη του αέρα και την απαγωγή θερμότητας.Στο μέλλον, θα συνεχίσουμε να βελτιώνουμε αυτήν την πτυχή, να βελτιώνουμε συνεχώς τη σταθερότητα των προϊόντων, να πραγματοποιούμε επαναληπτική αναβάθμιση προϊόντων και τεχνολογιών και να καλύπτουμε τις ανάγκες περισσότερων βιομηχανιών.ανάγκες επεξεργασίας
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-10-2022