Eessõna
Kiudlaserite levikuga on üha enam tähelepanu pälvinud kiudlaserite töökindlus, sealhulgas laserväljundite töökindlus, elektroonikakomponentide töökindlus, optiliste seadmete töökindlus, süsteemide töökindlus jne. Oota.Enamik neist on tihedalt seotud laseri enda termiliste omadustega.Lisaks on temperatuuril suur mõju laseri jõudlusele, eriti laseri väljundvõimsusele ja väljundi stabiilsusele.
Kiudlaseri soojus pärineb peamiselt pumba allikast ja võimendusõõnsusest.Pumba allika puhul on selle muundamise kasutegur umbes 50%, mis tähendab ka seda, et soojuse kujul tekib väljundoptilise võimsusega ekvivalentne energia.Kui soojust ei saa õigeaegselt hajutada, tõuseb sisemise kiibi temperatuur kiiresti ja laseri kesklainepikkus triivib temperatuuri tõustes.Võimendusõõnsuse jaoks muundatakse pärast pumba valguse sisenemist aktiivsesse võimenduskiu ainult osa sellest laserväljundiks ja ülejäänud energia soojusenergiaks.Soojusenergia tõstab võimenduskeskkonna temperatuuri, mille tulemuseks on fluorestsentsispektri laienemine ja spontaanse emissiooni lühike eluiga, vähendades seeläbi energia muundamise efektiivsust.Seetõttu on soojusjuhtimisel kiudlaserite jaoks tähtsusetu tähtsus.Praegu on üldkasutatavad soojusjuhtimistehnoloogiad peamiselt õhkjahutusega ja vesijahutusega.Nende hulgas kasutatakse õhkjahutusega soojuse hajutamise tehnoloogiat peamiselt väikese võimsusega impulsslaserites ja väikese võimsusega pidevas laserites.Enamik keskmise ja suure võimsusega kiudlasereid kasutab peamise soojuseraldusena vesijahutusega soojuse hajumist.
Kaks võimalust soojuse hajutamiseks
1. Vesijahutus
Nagu nimigi ütleb, on vesijahutus vee kasutamine soojuse eemaldamiseks läbi soojusvaheti (näiteks vesijahutusplaadi).Selle tööpõhimõte on samuti väga lihtne, see tähendab, et jahutis olev külm vesi voolab läbi veetoru soojusvahetisse ja väljub seejärel soojusvaheti teisest pordist ning voolab seejärel veetoru kaudu tagasi jahutisse. .Soojus kantakse laseri sisemusest eemale.
Vesijahutusega soojuse hajutamise meetodil on lihtne struktuur ja seda on lihtne hooldada;soojuse hajumise võime on tugev ja temperatuuri ühtlus on hea.Laseri jahutusvõimet saab parandada suurema jahutusvõimsusega jahuti kasutamisega.Praegu on turul rohkem kui 500 tootjat, kes integreerivad ja müüvad käeshoitavaid laserkeevitusmasinaid ning üldiselt kasutavad nad vesijahutust.Vesijahutusega käeshoitav laserkeevitusmasin vajab aga lisaks laserile endale ka lisajahuteid ja vett, mille tulemusel suureneb oluliselt seadmete kogumaht ja kaal ning kasutuskeskkonnad on piiratud.
2. Õhkjahutus
Laiemas mõttes tähendab õhkjahutusega soojuse hajumine ventilaatorite kasutamist õhu konvektsiooni parandamiseks ja täielikuks soojusvahetuseks masina sees.Tehnoloogia täiustumisega on suuremad laseritootjad hakanud jalga tõstma õhkjahutuse ja soojuse hajutamise valdkonda.Eelmise aasta juunis tõi ülemaailmne kiudlaserite hiiglane I ettevõte turule õhkjahutusega LightWELD 1500W käsilaserkeevitustoote;augustis tõi GW Hiinas turule õhkjahutusega intelligentse laserkeevitusmasina A1500W;oktoobris andis Reci ettevõte välja ka õhkjahutusega laserkeevitusseadme FCA1500.laser.
▲ Õhkjahutusega laserkeevitusseade: reci, IPG, GW
(Pilt pärineb Internetist, rikkumiste korral võtke meiega ühendust, et see kustutada)
Need kolm laserit on peamiselt suunatud käeshoitava laserkeevituse turusegmendile.Õhkjahutusega laserid võivad muuta töö paindlikumaks ja kaasaskantavamaks.Kõik kolm laserit kasutavad õhkjahutusega soojuse hajutamist ilma täiendava vesijahutusseadmeteta, mis vähendab kulusid.Samal ajal väheneb oluliselt seadmete suurus ja kaal.Kuigi neid mõlemaid nimetatakse õhkjahutusega laseriteks, on kasutatavad õhkjahutusega soojuse hajutamise skeemid erinevad, sealhulgas ventilaatorjahutus, soojustoru radiaatori jahutus ning kompressori jahutamine ja jahutus.(1) Ventilaatori soojuse hajumine Laseris hajutatakse pumba allika ja võimendusõõnsuse sees tekkiv soojus hea soojusjuhtivusega substraadiga (nagu vask, alumiiniumnitriid jne) ning seejärel hajutatakse soojus konvektsiooni teel.Seda meetodit nimetatakse konvektsioonjahutuseks.Konvektiivse soojusülekande võib vastavalt vedeliku voolu liikumapanevale jõule jagada looduslikuks konvektsiooniks ja sundkonvektsiooniga soojuseralduseks.Välise jõu puudumisel võib ainult vedeliku temperatuuride erinevus panna vedeliku spontaanselt voolama, et viia läbi soojusülekanne, mida me nimetame loomulikuks konvektsiooniks;kui on olemas väline liikumapanev jõud, see tähendab, et vedelikku juhivad ventilaatorid, ventilaatorid ja muud komponendid.voolu, eemaldades seeläbi soojust, nimetame seda sundkonvektsiooniks.Äärmiselt aeglase soojuse hajumise ja loodusliku konvektsiooni halva toime tõttu ei suuda see täielikult täita laserite soojuse hajumise nõudeid.Seetõttu on vaja kogu jahutussüsteemi lisada ventilaator, et kiirendada õhuvoolu ja muuta loomulik konvektsioon sundkonvektsiooniks.
▲ Ventilaatori jahutuse põhimõte
(2) Soojustoru radiaator soojuse hajutamiseks
Soojustoru radiaatori soojuse hajumine tähendab, et soojustoru toetub soojusülekande saavutamiseks enda sees oleva töövedeliku faasimuutusele.Sellel vedelikul on madal keemispunkt ja seda on lihtne lenduda.Soojustoru üks ots on aurustusots, mis on ühendatud laseri sees oleva jahutusradiaatoriga;teine ots on kondensatsiooniots, mis on ühendatud välise jahutusradiaatori ja ventilaatoriga.Toruseinal on vedelikku imav taht, mis koosneb kapillaarpoorsetest materjalidest.Laseri kuumutamisel aurustusots kuumutatakse, töövedelik aurustub kiiresti, aur voolab rõhuerinevuse all kondensatsiooniotsa ja soojus eraldub, mis väljub ventilaatori kaudu;samal ajal kondenseerub aur uuesti vedelikuks ja vedelik voolab tahti kaudu tagasi aurustussektsiooni.(Kui tegemist on gravitatsioonilise soojustoruga, siis taht puudub ja vedelik kleepub toru seina külge ja voolab raskusjõu toimel tagasi alumisse aurustussektsiooni).See tsükkel ei peatu ja soojus kandub laseri sisemusest väljapoole.
▲ Soojustoru radiaatori soojuse hajumise põhimõte
IPG käeshoitav laserkeevitussüsteem LightWELD 1500 kasutab soojustoru radiaatori jahutuslahendust.LightWELDi disaini ja tootmist iseloomustab väiksus ja kerge kaal, mis toob kaasa uue põlvkonna muudatusi praeguses käeshoitavas laserkeevitusmasinas.Lisaks keevitamisele teostab see ka käeshoitava laserkeevituse ja -puhastuse funktsioone.LightWELD käeshoitav laserkeevitusmasin kasutab õhkjahutusmeetodit ilma täiendavate jahutiseadmete jaoks vajaliku energiatarbimiseta, kõrvaldades jahuti torustiku, komponendid, juhtimis- ja hooldusühendused, vähendades kulusid, suurendades samal ajal teisaldatavust ja parandades süsteemi üldist töökindlust.
▲ LightWELD 1500 käeshoitav laserkeevitussüsteem
(Pilt pärineb Internetist, rikkumiste korral võtke meiega ühendust, et see kustutada)
(3) Kompressori jahutamine ja jahutamine
Kompressori jahutamise ja soojuse hajumise põhimõte: Kompressor surub külmutusagensi kokku, muudab külmutusagensi kõrge temperatuuriga ja kõrgsurvegaasiks ning voolab väliskondensaatorisse.Kõrge temperatuuri ja kõrgsurvega gaas kondenseeritakse madala temperatuuri ja kõrgsurve vedelikuks ning veeldamisel tekkiv soojus juhitakse koos ventilaatoriga masinast välja.Madala temperatuuri ja kõrgsurve vedel külmutusagens vabastatakse paisuventiili kaudu rõhu alt ja muutub madala temperatuuriga, madala rõhuga, kergesti aurustuvaks olekuks ning voolab sisemisse aurustisse.Aurusti neelab soojust, et vähendada laseri sisetemperatuuri, et saavutada jahutus, ja seejärel aurustub külmutusagens kõrge temperatuuriga ja madala rõhuga gaasiks.Aurusti poolt aurustatud gaasiline külmutusagens surutakse kompressoriga uuesti kokku ja ringleb edasi-tagasi, mis realiseerib soojuse hajumise masina sees.
▲ Kompressori jahutamise ja soojuse hajumise põhimõte
GW Laseri poolt turule toodud nutikas õhkjahutusega käsikeevitusmasin A1500W kasutab kompressori jahutamise ja soojuse hajumise skeemi.GW Laser keskendub 976 nm tehnoloogia pidevale uurimisele ja innovatsioonile
Koos kõrge fotoelektrilise muundamise efektiivsusega 976 nm lahendas see loovalt õhkjahutusega jahutusvõimsuse probleemi ja käivitas tööstuses esimese õhkjahutusega 976 nm tehnoloogia, mis lahendas energiatarbimise ja teisaldatavuse probleemid ning juhtis taas kiudlaserite tehnoloogia arengusuund.See mudel on realiseerinud keevitamise, lõikamise ja puhastamise kolm-ühes funktsiooni.
▲ GW Laser A1500W nutikas õhkjahutusega käsikeevitusseade
Mitmete jahutusmeetodite võrdlus
Ventilaatori jahutuse struktuur on suhteliselt lihtne.See lihtsalt levitab jahutusradiaatori soojust jahutusradiaatorile ning seejärel kasutab jahutusradiaatori ja ümbritseva õhu temperatuuride erinevust soojuse hajutamiseks ventilaatori sundkonvektsiooni kaudu.Kui ümbritseva õhu temperatuur on suvel liiga kõrge, on jahutusradiaatori ja õhu temperatuuride erinevus liiga väike ning soojuse hajumise võimsus väheneb oluliselt.See suudab soojust ainult passiivselt hajutada, keskkond mõjutab seda suuresti ja ei saa temperatuuri täpselt kontrollida.Eeliseks on see, et üldine varustus ja juhtimissüsteem on lihtsad.
Võrreldes lihtsa ventilaatorjahutusmeetodiga on soojustoru radiaatoril rohkem soojustorusid, seega on selle struktuur suhteliselt keeruline.See tugineb töömaterjali aurustamisele ja kondenseerumisele, et kiiresti soojust jahutusradiaatorist jahutusradiaatorisse üle kanda ja seejärel soojust ventilaatori kaudu õhku hajutada.See kuulub ka passiivse soojuse hajumise alla, mis ei suuda temperatuuri täpselt kontrollida ja mida ümbritsev temperatuur häirib suuresti.
Kompressori jahutamise ja soojuse hajumise skeem kuulub aktiivse soojuse hajumise alla.Tänu kompressori ja paisuventiili olemasolule saab temperatuuri täpselt reguleerida külmutusagensi voolu ja rõhu reguleerimisega.Samal ajal on kondensaatoris oleva külmutusagensi temperatuur kõrgem kui jahutusradiaatoris, mis soodustab kiiret soojuse teket.edastatakse õhku.Selle juhtimissüsteem on keerulisem;samal ajal, kuna selle struktuur on palju keerulisem kui ülaltoodud kaks skeemi, suurendatakse vastavalt ka seadmete mahtu ja kaalu.
Enamik traditsioonilisi kiudlasereid kasutab soojuse hajutamiseks vesijahutust.Esiteks jahutatakse vett kompressorjahutusega ja seejärel jahutatakse laserit veega.Guanghui Laseri õhkjahutusega soojuse hajumise skeem kasutab laseri jahutamiseks otse kompressorjahutust, loobudes vee olemasolust ja kaotades vahepealse soojusülekande lüli, nii et soojuse hajumise efektiivsus on suurem ning mahtu ja kaalu saab vähendada.
Laboris kasutame konstantse temperatuuri ja niiskuse testkasti, et seada 35 ° C, et simuleerida kõrge temperatuuriga kasutuskeskkonda suvel ja testida laseri sisemise võimenduskiu temperatuuri muutust erinevate õhkjahutusskeemidega vastavalt tingimustele. täisvõimsusega 1500 W..Katseandmetest on selgelt näha, et kiu temperatuur tõuseb esimestel minutitel eksponentsiaalselt ja stabiliseerub umbes 10 minuti jooksul.Kompressori jahutusefekti tõttu saab laserit aktiivselt jahutada, nii et temperatuuri saab reguleerida alla 60 °C ja temperatuurimuutus on suhteliselt stabiilne;samas kui ülejäänud kaks saavad tugineda ainult passiivsele soojuse hajumisele, seega on sisetemperatuur veidi kõrgem kui kompressori jahutusskeemi oma;, Soojustoru kõrge soojusülekande efektiivsuse tõttu saab soojust laseri sisemusest hästi välja viia, nii et selle sisetemperatuur on madalam kui puhtal ventilaatoril ja temperatuuri tõus on õrnem.
▲ Temperatuuri muutus aja jooksul, kui laser annab 1,5 kW laserit erinevate õhkjahutusskeemidega
(laboriandmed, võib esineda kõrvalekaldeid tegelikust välikasutusest)
Epiloog
Kiudlaserite vallas on GW Laser alati olnud sihiks ülemaailmne laserhiiglane IPG.Militaarkvaliteediga toodete loomine on Guanghui ainulaadne kaubamärgieelis.Aastaid tagasi hakkas GW Laser organiseerima teaduslikke uurimisrühmi, et viia läbi pidevaid õhujahutuse ja soojuse hajumise uuringuid.Tulevikus jätkame selle aspekti täiustamist, toodete stabiilsuse pidevat parandamist, toodete ja tehnoloogiate iteratiivset uuendamist ning rohkemate tööstusharude vajaduste rahuldamist.töötlemise vajadused
Postitusaeg: märts-10-2022