Predgovor
Sa sve većom primjenom fiber lasera, pouzdanost fiber lasera je privukla sve više pažnje, uključujući pouzdanost performansi laserskog izlaza, pouzdanost elektroničkih komponenti, pouzdanost optičkih uređaja, pouzdanost sustava itd. Čekajte.Većina njih usko je povezana s toplinskim svojstvima samog lasera.Osim toga, temperatura ima veliki utjecaj na performanse lasera, posebno na izlaznu snagu i izlaznu stabilnost lasera.
Toplina vlaknastog lasera uglavnom dolazi iz izvora pumpe i pojačane šupljine.Za izvor pumpe, njegova učinkovitost pretvorbe je oko 50%, što također znači da se energija ekvivalentna izlaznoj optičkoj snazi stvara u obliku topline.Ako se toplina ne može raspršiti na vrijeme, temperatura unutarnjeg čipa brzo će porasti, a središnja valna duljina lasera će se kretati kako temperatura raste.Za pojačanu šupljinu, nakon što svjetlo pumpe uđe u aktivno pojačano vlakno, samo se dio pretvara u laserski izlaz, a ostatak energije pretvara se u toplinsku energiju.Toplinska energija će povećati temperaturu dobivenog medija, što će rezultirati širenjem spektra fluorescencije i kratkim vijekom trajanja spontane emisije, čime će se smanjiti učinkovitost pretvorbe energije.Stoga upravljanje toplinom ima nezanemariv značaj za fiber lasere.Trenutno se najčešće korištene tehnologije upravljanja toplinom uglavnom hlade zrakom i vodom.Među njima, tehnologija rasipanja topline hlađena zrakom uglavnom se koristi u pulsnim laserima male snage i kontinuiranim laserima male snage.Većina vlaknastih lasera srednje i velike snage koristi vodeno hlađenu disipaciju topline kao glavnu disipaciju topline.
Dva načina odvođenja topline
1. Vodeno hlađenje
Kao što naziv implicira, vodeno hlađenje je korištenje vode za odvođenje topline kroz izmjenjivač topline (kao što je ploča za vodeno hlađenje).Njegov princip rada je također vrlo jednostavan, to jest, hladna voda u hladnjaku teče u izmjenjivač topline kroz cijev za vodu, a zatim izlazi iz drugog priključka izmjenjivača topline, a zatim teče natrag u hladnjak kroz cijev za vodu. .Toplina se odnosi iz unutrašnjosti lasera.
Metoda odvođenja topline hlađena vodom ima jednostavnu strukturu i lako se održava;kapacitet disipacije topline je jak i ujednačenost temperature je dobra.Učinkovitost hlađenja lasera može se poboljšati korištenjem hladnjaka s većim kapacitetom hlađenja.Trenutačno postoji više od 500 proizvođača koji integriraju i prodaju ručne laserske aparate za zavarivanje na tržištu, a uglavnom koriste vodeno hlađenje.Međutim, osim samog lasera, ručni laserski stroj za zavarivanje s vodenim hlađenjem također zahtijeva dodatne rashladne uređaje i vodu, što rezultira znatnim povećanjem ukupnog volumena i težine opreme, te ograničenim okruženjima korištenja.
2. Zračno hlađenje
U širem smislu, rasipanje topline hlađeno zrakom odnosi se na upotrebu ventilatora za poboljšanje konvekcije zraka i potpunu izmjenu topline unutar stroja.S poboljšanjem tehnologije, veliki proizvođači lasera počeli su kročiti na područje hlađenja zraka i odvođenja topline.U lipnju prošle godine, globalni fiber laser div I company lansirao je zrakom hlađeni LightWELD 1500W ručni laserski proizvod za zavarivanje;u kolovozu je GW lansirao zrakom hlađeni inteligentni stroj za lasersko zavarivanje A1500W u Kini;u listopadu, tvrtka Reci također je izdala FCA1500 laserski stroj za zavarivanje sa zračnim hlađenjem.laser.
▲ Zračno hlađeni laserski zavarivač: reci、IPG、GW
(Slika dolazi s interneta, ako postoji bilo kakvo kršenje, kontaktirajte nas da je obrišemo)
Ova tri lasera uglavnom su namijenjena segmentu tržišta ručnog laserskog zavarivanja.Laseri sa zračnim hlađenjem mogu rad učiniti fleksibilnijim i prijenosnijim.Sva tri lasera koriste zrakom hlađenu disipaciju topline bez dodatne opreme za hlađenje vodom, što smanjuje troškove.U isto vrijeme, veličina i težina opreme su znatno smanjene.Iako se oba nazivaju zračno hlađeni laseri, korištene sheme odvođenja topline zračno hlađene su različite, uključujući hlađenje ventilatorom, hlađenje radijatora toplinske cijevi te hlađenje i hlađenje kompresora.(1) Raspršivanje topline ventilatora U laseru se toplina stvorena unutar izvora crpke i šupljine pojačanja raspršuje pomoću podloge dobre toplinske vodljivosti (kao što je bakar, aluminijev nitrid itd.), a zatim se toplina raspršuje konvekcijom.Ova metoda se naziva konvekcijsko hlađenje.Konvekcijski prijenos topline može se podijeliti na prirodnu konvekciju i prisilnu konvekciju rasipanja topline prema pokretačkoj sili protoka fluida.U odsutnosti vanjske sile, samo temperaturna razlika fluida može dovesti do spontanog protoka fluida i prijenosa topline, što nazivamo prirodnom konvekcijom;kada postoji vanjska pogonska sila, odnosno tekućinu pokreću ventilatori, ventilatori i druge komponente.strujanja, čime se odvodi toplina, nazivamo to prisilnom konvekcijom.Zbog izuzetno sporog odvođenja topline i slabog učinka prirodne konvekcije, ne može u potpunosti zadovoljiti zahtjeve lasera za odvođenjem topline.Stoga je u cijeli sustav hlađenja potrebno dodati ventilator koji će ubrzati protok zraka i prirodnu konvekciju pretvoriti u prisilnu.
▲ Princip hlađenja ventilatorom
(2) Radijator s toplinskom cijevi za raspršivanje topline
Rasipanje topline radijatora toplinske cijevi znači da se toplinska cijev oslanja na promjenu faze radne tekućine unutar sebe kako bi postigla prijenos topline.Ova tekućina ima nisko vrelište i lako se isparava.Jedan kraj toplinske cijevi je kraj za isparavanje, koji je spojen na hladnjak unutar lasera;drugi kraj je kondenzacijski kraj, koji je povezan s vanjskim hladnjakom i ventilatorom.Stijenka cijevi ima fitilj za upijanje tekućine, koji se sastoji od kapilarno poroznih materijala.Kada se laser zagrije, isparavajući kraj se zagrijava, radna tekućina brzo isparava, para teče do kondenzacijskog kraja pod razlikom tlaka, a toplina se oslobađa, koja se ispušta kroz ventilator;u isto vrijeme, para se ponovno kondenzira u tekućinu, a tekućina teče natrag u odjeljak za isparavanje kroz fitilj.(Ako se radi o gravitacijskoj toplinskoj cijevi, nema fitilja, a tekućina se lijepi za stijenku cijevi i gravitacijom teče natrag u donji dio za isparavanje).Ovaj ciklus se ne zaustavlja, a toplina se prenosi iz unutrašnjosti lasera prema van.
▲ Princip disipacije topline radijatora s toplinskom cijevi
IPG-ov ručni laserski sustav za zavarivanje LightWELD 1500 koristi rješenje za hlađenje radijatora toplinske cijevi.Dizajn i proizvodnju LightWELD-a karakterizira mala veličina i mala težina, što dovodi do nove generacije promjena u trenutnom ručnom laserskom stroju za zavarivanje.Osim zavarivanja, također ostvaruje funkcije ručnog laserskog zavarivanja i čišćenja.LightWELD ručni laserski stroj za zavarivanje usvaja metodu zračnog hlađenja, bez potrošnje energije koju zahtijeva dodatna oprema rashladnog uređaja, eliminirajući cjevovode rashladnog uređaja, komponente, veze za kontrolu i održavanje, smanjujući troškove dok povećava prenosivost i poboljšava ukupnu pouzdanost sustava.
▲ Ručni laserski sustav za zavarivanje LightWELD 1500
(Slika dolazi s interneta, ako postoji bilo kakvo kršenje, kontaktirajte nas da je obrišemo)
(3) Hlađenje i hlađenje kompresora
Princip hlađenja kompresora i odvođenja topline: Kompresor komprimira rashladno sredstvo, pretvara rashladno sredstvo u plin visoke temperature i visokog tlaka i teče u vanjski kondenzator.Plin visoke temperature i visokog tlaka kondenzira se u tekućinu niske temperature i visokog tlaka, a toplina nastala ukapljivanjem ispušta se iz stroja pomoću ventilatora.Niskotemperaturno i visokotlačno tekuće rashladno sredstvo smanjuje se tlak kroz ekspanzijski ventil i prelazi u stanje niske temperature, niskog tlaka, lako se isparava, te teče u unutarnji isparivač.Isparivač apsorbira toplinu kako bi smanjio unutarnju temperaturu lasera kako bi se postigao učinak hlađenja, a zatim rashladno sredstvo isparava u plin visoke temperature i niskog tlaka.Plinovito rashladno sredstvo koje ispari isparivač ponovno komprimira kompresor i cirkulira naprijed-natrag, čime se ostvaruje disipacija topline unutar stroja.
▲ Kompresorsko hlađenje i princip odvođenja topline
Pametni ručni stroj za zavarivanje s zračnim hlađenjem A1500W koji je lansirao GW Laser koristi shemu hlađenja kompresora i raspršivanja topline.GW Laser fokusiran je na kontinuirano istraživanje i inovacije 976nm tehnologije
U kombinaciji s visokom učinkovitošću fotoelektrične pretvorbe od 976 nm, kreativno je riješio problem zračno hlađenog kapaciteta hlađenja i lansirao prvu zračno hlađenu tehnologiju 976 nm u industriji, koja je riješila probleme potrošnje energije i prenosivosti, te ponovno predvodila smjer tehnološkog razvoja fiber lasera.Ovaj model je ostvario tri u jednom funkciju zavarivanja, rezanja i čišćenja.
▲ GW Laser A1500W pametni ručni aparat za zavarivanje sa zračnim hlađenjem
Usporedba nekoliko metoda hlađenja
Struktura ventilatorskog hlađenja je relativno jednostavna.Jednostavno širi toplinu u hladnjaku do hladnjaka, a zatim koristi temperaturnu razliku između hladnjaka i okolnog zraka za raspršivanje topline putem prisilne konvekcije ventilatora.Kada je temperatura okoline ljeti previsoka, temperaturna razlika između hladnjaka i zraka je premala, a kapacitet rasipanja topline bit će znatno smanjen.Može samo pasivno odvoditi toplinu, na njega jako utječe okolina i ne može točno kontrolirati temperaturu.Prednost je što su ukupna oprema i sustav upravljanja jednostavni.
U usporedbi s jednostavnom metodom hlađenja ventilatorom, radijator s toplinskom cijevi ima više toplinskih cijevi, pa je njegova struktura relativno komplicirana.Oslanja se na isparavanje i kondenzaciju radnog materijala za brzi prijenos topline od hladnjaka do hladnjaka, a zatim raspršivanje topline u zrak kroz ventilator.Također spada u pasivno odvođenje topline, koje ne može točno kontrolirati temperaturu i jako ga ometa okolna temperatura.
Shema hlađenja kompresora i odvođenja topline pripada aktivnom odvođenju topline.Zbog postojanja kompresora i ekspanzionog ventila, temperaturu je moguće precizno kontrolirati podešavanjem protoka i tlaka rashladnog sredstva.U isto vrijeme, temperatura rashladnog sredstva u kondenzatoru viša je od temperature hladnjaka, što pogoduje brzom stvaranju topline.prenosi u zrak.Njegov sustav upravljanja je kompliciraniji;u isto vrijeme, budući da je njegova struktura mnogo kompliciranija od gornje dvije sheme, volumen i težina opreme također su povećani u skladu s tim.
Većina tradicionalnih vlaknastih lasera koristi vodeno hlađenje za raspršivanje topline.Prvo se voda hladi kompresorskim hlađenjem, a zatim se laser hladi vodom.Zračno hlađena shema odvođenja topline Guanghui Lasera izravno koristi kompresorsko hlađenje za hlađenje lasera, napuštajući postojanje vode i eliminirajući međuvezu za prijenos topline, tako da je učinkovitost odvođenja topline veća, a volumen i težina mogu biti manji.
U laboratoriju koristimo ispitnu kutiju za konstantnu temperaturu i vlažnost kako bismo postavili 35°C kako bismo simulirali radnu okolinu s visokom temperaturom ljeti i testirali temperaturnu promjenu vlakna s unutarnjim pojačanjem lasera s različitim shemama hlađenja zrakom pod uvjetima pune snage 1500W..Iz eksperimentalnih podataka može se jasno vidjeti da temperatura vlakana eksponencijalno raste u prvih nekoliko minuta i stabilizira se oko 10 minuta.Zbog rashladnog učinka kompresora, laser se može aktivno hladiti, tako da se temperatura može kontrolirati ispod 60 °C, a promjena temperature je relativno stabilna;dok se druga dva mogu osloniti samo na pasivnu disipaciju topline, tako da je unutarnja temperatura nešto viša od one u shemi hlađenja kompresora;, Zbog visoke učinkovitosti prijenosa topline toplinske cijevi, toplina se može dobro izvesti iz unutrašnjosti lasera, tako da je njegova unutarnja temperatura niža od temperature čistog ventilatora, a porast temperature je nježniji.
▲ Promjena temperature s vremenom kada laser koji emitira laser od 1,5 kW s različitim shemama hlađenja zrakom
(laboratorijski podaci, moguća su odstupanja od stvarne uporabe na terenu)
Epilog
U području fiber lasera, GW Laser je uvijek ciljao na globalnog laserskog diva IPG.Jedinstvena prednost marke Guanghui je stvaranje proizvoda vojne kvalitete.Prije mnogo godina, GW Laser je počeo organizirati znanstvene istraživačke snage za provođenje kontinuiranog istraživanja hlađenja zraka i odvođenja topline.U budućnosti ćemo nastaviti poboljšavati ovaj aspekt, kontinuirano poboljšavati stabilnost proizvoda, realizirati iterativnu nadogradnju proizvoda i tehnologija te zadovoljiti potrebe više industrija.potrebe obrade
Vrijeme objave: 10. ožujka 2022