Esipuhe
Kuitulaserien käytön lisääntyessä kuitulaserien luotettavuus on herättänyt yhä enemmän huomiota, mukaan lukien lasertulostuksen luotettavuus, elektronisten komponenttien luotettavuus, optisten laitteiden luotettavuus, järjestelmien luotettavuus jne. Odota.Useimmat näistä liittyvät läheisesti laserin lämpöominaisuuksiin.Lisäksi lämpötilalla on suuri vaikutus laserin suorituskykyyn, erityisesti laserin lähtötehoon ja lähtöstabiilisuuteen.
Kuitulaserin lämpö tulee pääasiassa pumpun lähteestä ja vahvistusontelosta.Pumppulähteen muunnoshyötysuhde on noin 50 %, mikä tarkoittaa myös sitä, että lämmön muodossa syntyy optista lähtötehoa vastaava energia.Jos lämpöä ei saada haihtumaan ajoissa, sisäisen sirun lämpötila nousee nopeasti ja laserin keskiaallonpituus ajautuu lämpötilan noustessa.Vahvistusonteloon, kun pumpun valo tulee aktiiviseen vahvistuskuituun, vain osa siitä muunnetaan laserulostuloksi ja loput energiasta lämpöenergiaksi.Lämpöenergia nostaa vahvistusväliaineen lämpötilaa, mikä johtaa fluoresenssispektrin levenemiseen ja spontaanin emission lyhyeen käyttöikään, mikä vähentää energian muunnostehokkuutta.Siksi lämmönhallinnan merkitys kuitulasereille ei ole vähäistä.Tällä hetkellä yleisesti käytetyt lämmönhallintatekniikat ovat pääasiassa ilmajäähdytteisiä ja vesijäähdytteisiä.Niistä ilmajäähdytteistä lämmönpoistotekniikkaa käytetään pääasiassa pienitehoisissa pulssilasereissa ja pienitehoisissa jatkuvissa lasereissa.Suurin osa keski- ja suuritehoisista kuitulasereista käyttää vesijäähdytteistä lämmönpoistoa pääasiallisena lämmönpoistona.
Kaksi tapaa haihduttaa lämpöä
1. Vesijäähdytys
Kuten nimestä voi päätellä, vesijäähdytys tarkoittaa veden käyttöä lämmön poistamiseksi lämmönvaihtimen (kuten vesijäähdytyslevyn) kautta.Sen toimintaperiaate on myös hyvin yksinkertainen, eli jäähdyttimessä oleva kylmä vesi virtaa vesiputken kautta lämmönvaihtimeen ja tulee sitten ulos lämmönvaihtimen toisesta portista ja virtaa sitten takaisin jäähdyttimeen vesiputken kautta. .Lämpö siirtyy pois laserin sisältä.
Vesijäähdytteisellä lämmönpoistomenetelmällä on yksinkertainen rakenne ja helppo huoltaa;lämmönpoistokyky on vahva ja lämpötilan tasaisuus on hyvä.Laserin jäähdytystehoa voidaan parantaa käyttämällä suuremmalla jäähdytysteholla varustettua jäähdytintä.Tällä hetkellä markkinoilla on yli 500 valmistajaa, jotka integroivat ja myyvät käsikäyttöisiä laserhitsauskoneita, ja ne käyttävät yleensä vesijäähdytystä.Kuitenkin itse laserin lisäksi vesijäähdytteinen käsikäyttöinen laserhitsauskone vaatii myös lisäjäähdyttimiä ja vettä, mikä lisää merkittävästi laitteen kokonaistilavuutta ja painoa sekä rajoittaa käyttöympäristöjä.
2. Ilmajäähdytys
Laajassa merkityksessä ilmajäähdytteinen lämmönpoisto tarkoittaa puhaltimien käyttöä ilman konvektiota ja täydellistä lämmönvaihtoa koneen sisällä.Tekniikan kehittymisen myötä suuret laservalmistajat ovat alkaneet astua ilmajäähdytyksen ja lämmönpoiston alalla.Viime vuoden kesäkuussa maailmanlaajuinen kuitulaserjättiläinen I-yritys lanseerasi ilmajäähdytetyn LightWELD 1500 W:n kädessä pidettävän laserhitsaustuotteen;elokuussa GW lanseerasi ilmajäähdytteisen A1500W älykkään laserhitsauskoneen Kiinassa;lokakuussa Reci-yhtiö julkaisi myös ilmajäähdytteisen laserhitsauskoneen FCA1500.laser.
▲ Ilmajäähdytteinen laserhitsauskone: reci, IPG, GW
(Kuva tulee Internetistä, jos rikkomuksia on, ota meihin yhteyttä sen poistamiseksi)
Nämä kolme laseria on suunnattu pääasiassa kädessä pidettävän laserhitsauksen markkinasegmentille.Ilmajäähdytteiset laserit voivat tehdä työstä joustavampaa ja kannettavampaa.Kaikki kolme laseria käyttävät ilmajäähdytteistä lämmönpoistoa ilman ylimääräisiä vesijäähdytyslaitteita, mikä vähentää kustannuksia.Samalla laitteiden koko ja paino pienenevät huomattavasti.Vaikka niitä molempia kutsutaan ilmajäähdytteisiksi lasereiksi, käytetyt ilmajäähdytteiset lämmönpoistomenetelmät ovat erilaisia, mukaan lukien tuuletinjäähdytys, lämpöputkipatterin jäähdytys ja kompressorin jäähdytys ja jäähdytys.(1) Tuulettimen lämmönpoisto Laserissa pumpun lähteen ja vahvistusontelon sisällä syntyvä lämpö haihdutetaan käyttämällä substraattia, jolla on hyvä lämmönjohtavuus (kuten kupari, alumiininitridi jne.), ja sitten lämpö haihtuu konvektiolla.Tätä menetelmää kutsutaan konvektiojäähdytykseksi.Konvektiivinen lämmönsiirto voidaan jakaa luonnolliseen konvektioon ja pakkokonvektioon lämmönpoistoon nestevirtauksen käyttövoiman mukaan.Ulkoisen voiman puuttuessa vain nesteen lämpötilaero voi saada nesteen virtaamaan spontaanisti suorittamaan lämmönsiirtoa, jota kutsumme luonnolliseksi konvektioksi;kun on olemassa ulkoinen käyttövoima, eli nestettä ohjaavat puhaltimet, tuulettimet ja muut komponentit.virtausta, jolloin se poistaa lämpöä, kutsumme sitä pakotetuksi konvektioksi.Äärimmäisen hitaan lämmönpoiston ja luonnollisen konvektion heikon vaikutuksen vuoksi se ei pysty täysin täyttämään lasereiden lämmönpoistovaatimuksia.Siksi koko jäähdytysjärjestelmään on lisättävä tuuletin, joka nopeuttaa ilman virtausta ja muuttaa luonnollisen konvektion pakotetuksi konvektioksi.
▲ Puhallinjäähdytyksen periaate
(2) Lämmitysputkipatteri lämmön haihduttamiseksi
Lämpöputkipatterin lämmönpoisto tarkoittaa, että lämpöputki luottaa sisällään olevan työnesteen vaihemuutokseen lämmönsiirron saavuttamiseksi.Tällä nesteellä on alhainen kiehumispiste ja se on helppo haihtua.Lämpöputken toinen pää on haihdutuspää, joka on kytketty laserin sisällä olevaan jäähdytyselementtiin;toinen pää on kondensaatiopää, joka on kytketty ulkoiseen jäähdytyselementtiin ja tuulettimeen.Putken seinämässä on nestettä imevä sydänsydän, joka koostuu kapillaarihuokoisista materiaaleista.Kun laseria kuumennetaan, haihdutuspää kuumennetaan, työneste haihtuu nopeasti, höyry virtaa lauhdutuspäähän paine-eron alaisena ja lämpöä vapautuu, joka poistuu tuulettimen kautta;samalla höyry tiivistyy uudelleen nesteeksi ja neste virtaa sydämen kautta takaisin haihdutusosaan.(Jos se on painovoimalämpöputki, sydäntä ei ole, ja neste kiinnittyy putken seinämään ja virtaa takaisin pohjahaihdutusosaan painovoiman vaikutuksesta).Tämä sykli ei pysähdy, ja lämpö siirtyy laserin sisältä ulos.
▲ Lämpöputkipatterin lämmönpoistoperiaate
IPG:n LightWELD 1500 kädessä pidettävä laserhitsausjärjestelmä käyttää lämpöputkipatterin jäähdytysratkaisua.LightWELDin suunnittelulle ja valmistukselle on ominaista pieni koko ja kevyt paino, mikä johtaa uuden sukupolven muutoksiin nykyisessä kädessä pidettävässä laserhitsauskoneessa.Hitsauksen lisäksi se toteuttaa myös kädessä pidettävän laserhitsauksen ja -puhdistuksen toiminnot.LightWELD-käsikäyttöinen laserhitsauskone käyttää ilmajäähdytysmenetelmää ilman lisäjäähdytyslaitteiden vaatimaa virrankulutusta, mikä eliminoi jäähdyttimen putket, komponentit, ohjaus- ja huoltoyhteydet, vähentää kustannuksia ja lisää siirrettävyyttä ja parantaa järjestelmän yleistä luotettavuutta.
▲ LightWELD 1500 -käsikäyttöinen laserhitsausjärjestelmä
(Kuva tulee Internetistä, jos rikkomuksia on, ota meihin yhteyttä sen poistamiseksi)
(3) Kompressorin jäähdytys ja jäähdytys
Kompressorin jäähdytys ja lämmönpoistoperiaate: Kompressori puristaa kylmäaineen, muuttaa kylmäaineen korkean lämpötilan ja korkeapaineiseksi kaasuksi ja virtaa ulkoiseen lauhduttimeen.Korkean lämpötilan ja korkeapaineinen kaasu kondensoituu matalalämpötilaiseksi ja korkeapaineiseksi nesteeksi, ja nesteyttämisen tuottama lämpö poistetaan koneesta puhaltimen mukana.Matalan lämpötilan ja korkeapaineisen nestemäisen kylmäaineen paine poistetaan paisuntaventtiilin kautta ja siitä tulee matalalämpötilainen, matalapaineinen, helposti haihduttava tila ja virtaa sisäiseen höyrystimeen.Höyrystin imee lämpöä laserin sisäisen lämpötilan alentamiseksi jäähdytysvaikutuksen saavuttamiseksi, ja sitten kylmäaine höyrystyy korkean lämpötilan ja matalapaineiseksi kaasuksi.Höyrystimen haihduttama kaasukylmäaine puristuu uudelleen kompressorilla ja kiertää edestakaisin, mikä toteuttaa lämmön haihtumisen koneen sisällä.
▲ Kompressorin jäähdytys ja lämmönpoistoperiaate
GW Laserin lanseeraama A1500W älykäs ilmajäähdytteinen käsihitsauskone käyttää kompressorin jäähdytys- ja lämmönpoistojärjestelmää.GW Laser keskittyy 976 nm:n teknologian jatkuvaan tutkimiseen ja innovaatioon
Yhdessä korkeaan valosähköiseen muunnostehokkuuteen 976 nm, se ratkaisi luovasti ilmajäähdytteisen jäähdytyskapasiteetin ongelman ja lanseerasi alan ensimmäisen ilmajäähdytteisen 976 nm teknologian, joka ratkaisi virrankulutukseen ja siirrettävyyteen liittyvät ongelmat ja johti jälleen kerran kuitulaserien teknologinen kehityssuunta.Tämä malli on toteuttanut hitsauksen, leikkauksen ja puhdistuksen kolme yhdessä -toiminnon.
▲ GW Laser A1500W Smart ilmajäähdytteinen käsihitsauskone
Useiden jäähdytysmenetelmien vertailu
Puhallinjäähdytyksen rakenne on suhteellisen yksinkertainen.Se yksinkertaisesti levittää jäähdytyselementissä olevan lämmön jäähdytyselementtiin ja käyttää sitten jäähdytyselementin ja ympäröivän ilman välistä lämpötilaeroa lämmön haihduttamiseen puhaltimen pakotetulla konvektiolla.Kun ympäristön lämpötila on kesällä liian korkea, jäähdytyselementin ja ilman välinen lämpötilaero on liian pieni ja lämmönpoistokyky heikkenee huomattavasti.Se voi vain passiivisesti haihduttaa lämpöä, ympäristö vaikuttaa siihen suuresti, eikä se voi säädellä lämpötilaa tarkasti.Etuna on, että kokonaislaitteet ja ohjausjärjestelmä ovat yksinkertaiset.
Verrattuna yksinkertaiseen tuuletinjäähdytysmenetelmään lämpöputken jäähdyttimessä on enemmän lämpöputkia, joten sen rakenne on suhteellisen monimutkainen.Se perustuu työmateriaalin haihtumiseen ja kondensoitumiseen, jotta se siirtää nopeasti lämpöä jäähdytyselementistä jäähdytyselementtiin ja sitten haihduttaa lämpöä ilmaan tuulettimen kautta.Se kuuluu myös passiiviseen lämmönpoistoon, joka ei pysty säätelemään lämpötilaa tarkasti ja jota ympäröivä lämpötila häiritsee suuresti.
Kompressorin jäähdytys- ja lämmönpoistojärjestelmä kuuluu aktiiviseen lämmönpoistoon.Kompressorin ja paisuntaventtiilin olemassaolon ansiosta lämpötilaa voidaan säätää tarkasti säätämällä kylmäaineen virtausta ja painetta.Samaan aikaan lauhduttimen kylmäaineen lämpötila on korkeampi kuin jäähdytyselementin lämpötila, mikä edistää nopeaa lämmön muodostumista.välitetään ilmaan.Sen ohjausjärjestelmä on monimutkaisempi;samaan aikaan, koska sen rakenne on paljon monimutkaisempi kuin edellä mainitut kaksi kaaviota, myös laitteiston tilavuutta ja painoa kasvatetaan vastaavasti.
Suurin osa perinteisistä kuitulasereista käyttää vesijäähdytystä lämmön haihduttamiseen.Ensin vesi jäähdytetään kompressorijäähdytyksellä ja sitten laser jäähdytetään vedellä.Guanghui Laserin ilmajäähdytteinen lämmönpoistojärjestelmä käyttää suoraan kompressorijäähdytystä laserin jäähdyttämiseen, hylkäämällä veden olemassaolon ja poistamalla välilämmönsiirtolinkin, joten lämmönpoistoteho on korkeampi ja tilavuutta ja painoa voidaan pienentää.
Laboratoriossa käytämme vakiolämpötilan ja kosteuden testilaatikkoa 35°C:n lämpötilan simuloimiseksi korkean lämpötilan käyttöympäristöä kesällä ja testaamme laserin sisäisen vahvistuskuidun lämpötilan muutosta erilaisilla ilmajäähdytysmenetelmillä olosuhteissa. täydellä 1500 watin teholla..Kokeellisista tiedoista on selvästi nähtävissä, että kuidun lämpötila nousee eksponentiaalisesti muutaman ensimmäisen minuutin aikana ja stabiloituu noin 10 minuutissa.Kompressorin jäähdytysvaikutuksesta johtuen laseria voidaan jäähdyttää aktiivisesti, joten lämpötilaa voidaan säätää alle 60 °C ja lämpötilan muutos on suhteellisen vakaa;kun taas kaksi muuta voivat luottaa vain passiiviseen lämmönpoistoon, joten sisälämpötila on hieman korkeampi kuin kompressorin jäähdytysjärjestelmässä;, Lämpöputken korkean lämmönsiirtotehokkuuden ansiosta lämpö voidaan viedä hyvin laserin sisältä, joten sen sisälämpötila on alhaisempi kuin puhtaalla tuulettimella ja lämpötilan nousu on lempeämpi.
▲ Lämpötilan muutos ajan myötä, kun laser tuottaa 1,5 kW laseria erilaisilla ilmajäähdytysmenetelmillä
(laboratoriotiedot, saattaa olla poikkeamia todellisesta kenttäkäytöstä)
Epilogi
Kuitulaserien alalla GW Laser on aina pyrkinyt maailmanlaajuiseen laserjättiläiseen IPG:hen.Guanghuin ainutlaatuinen tuotemerkkietu on luoda sotilaallisia tuotteita.Monta vuotta sitten GW Laser alkoi organisoida tieteellisiä tutkimusjoukkoja suorittaakseen jatkuvaa ilmanjäähdytyksen ja lämmönpoiston tutkimusta.Tulevaisuudessa jatkamme tämän näkökohdan parantamista, parannamme jatkuvasti tuotteiden vakautta, toteutamme tuotteiden ja teknologioiden iteratiivisia päivityksiä ja vastaamme yhä useamman teollisuuden tarpeisiin.käsittelytarpeita
Postitusaika: 10.3.2022