Előszó
A szálas lézerek terjedésével egyre több figyelmet kap a szálas lézerek megbízhatósága, többek között a lézer kimeneti teljesítményének megbízhatósága, az elektronikai alkatrészek megbízhatósága, az optikai eszközök megbízhatósága, a rendszerek megbízhatósága stb.Ezek többsége szorosan összefügg magának a lézernek a termikus tulajdonságaival.Ezenkívül a hőmérséklet nagyban befolyásolja a lézer teljesítményét, különösen a lézer kimeneti teljesítményét és kimeneti stabilitását.
A szálas lézer hője főként a szivattyúforrásból és az erősítő üregből származik.A szivattyús forrás konverziós hatásfoka körülbelül 50%, ami azt is jelenti, hogy a kimenő optikai teljesítménynek megfelelő energia keletkezik hő formájában.Ha a hőt nem lehet időben elvezetni, a belső chip hőmérséklete gyorsan megemelkedik, és a lézer középső hullámhossza a hőmérséklet emelkedésével eltolódik.Az erősítő üreg esetében, miután a szivattyú fénye belép az aktív erősítő szálba, annak csak egy része alakul lézerkimenetté, a többi energia pedig hőenergiává.A hőenergia növeli az erősítő közeg hőmérsékletét, ami a fluoreszcencia spektrum kiszélesítését és a spontán emisszió rövid élettartamát eredményezi, ezáltal csökken az energiaátalakítás hatékonysága.Ezért a hőkezelésnek nem elhanyagolható jelentősége van a szálas lézereknél.Jelenleg az általánosan használt hőkezelési technológiák főként léghűtésesek és vízhűtésesek.Ezek közül a léghűtéses hőelvezetési technológiát főként kis teljesítményű impulzuslézereknél és kis teljesítményű folyamatos lézereknél alkalmazzák.A legtöbb közepes és nagy teljesítményű szálas lézer a vízhűtéses hőelvezetést használja fő hőelvezetésként.
A hő elvezetésének két módja
1. Vízhűtés
Ahogy a neve is sugallja, a vízhűtés a víz felhasználása a hő elvonására egy hőcserélőn (például egy vízhűtő lemezen) keresztül.A működési elve is nagyon egyszerű, vagyis a hűtőben lévő hideg víz a vízcsövön keresztül a hőcserélőbe áramlik, majd a hőcserélő másik nyílásából kijön, majd a vízcsövön keresztül visszafolyik a hűtőbe. .A hő a lézer belsejéből távozik.
A vízhűtéses hőelvezetési módszer egyszerű szerkezetű és könnyen karbantartható;a hőelvezető képesség erős és a hőmérséklet egyenletessége jó.A lézer hűtési teljesítménye nagyobb hűtőteljesítményű hűtő alkalmazásával javítható.Jelenleg több mint 500 gyártó integrál és értékesít kézi lézeres hegesztőgépeket a piacon, és általában vízhűtést alkalmaznak.A vízhűtésű kézi lézerhegesztőgép azonban magán a lézeren kívül további hűtőket és vizet is igényel, ami a berendezés teljes térfogatának és tömegének jelentős növekedését, valamint korlátozott használati környezetet eredményez.
2. Léghűtés
Tágabb értelemben a léghűtéses hőelvezetés a ventilátorok használatát jelenti a levegő konvekciójának fokozására és a teljes hőcserére a gépen belül.A technológia fejlődésével a nagy lézergyártók elkezdték megvetni a lábukat a léghűtés és hőelvezetés területén.Tavaly júniusban a globális szálas lézer-óriás I. cég piacra dobta a léghűtéses LightWELD 1500 W-os kézi lézerhegesztő terméket;augusztusban a GW piacra dobta Kínában a léghűtéses A1500W intelligens lézeres hegesztőgépet;októberben a Reci cég kiadta az FCA1500 léghűtéses lézerhegesztőgépet is.lézer.
▲ Léghűtéses lézerhegesztő: reci, IPG, GW
(A kép az internetről származik, jogsértés esetén kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot, hogy töröljük)
Ez a három lézer főként a kézi lézerhegesztés piaci szegmensét célozza meg.A léghűtéses lézerek rugalmasabbá és hordozhatóbbá tehetik a munkát.Mindhárom lézer léghűtéses hőelvezetést használ további vízhűtő berendezés nélkül, ami csökkenti a költségeket.Ugyanakkor a berendezés mérete és súlya jelentősen csökken.Bár mindkettőt léghűtéses lézernek hívják, a léghűtéses hőelvezetési sémák eltérőek, beleértve a ventilátorhűtést, a hőcsöves radiátorhűtést, valamint a kompresszor hűtését és hűtését.(1) Ventilátoros hőleadás A lézerben a szivattyú forrásában és az erősítő üregében keletkező hőt jó hővezető képességű hordozó (például réz, alumínium-nitrid stb.) segítségével vezetik el, majd a hőt konvekcióval vezetik el.Ezt a módszert konvekciós hűtésnek nevezik.A konvektív hőátadás a folyadékáramlás hajtóereje szerint természetes konvekciós és kényszerkonvekciós hőleadásra osztható.Külső erő hiányában csak a folyadék hőmérséklet-különbsége tudja a folyadékot spontán módon hőátadásra késztetni, amit természetes konvekciónak nevezünk;ha van külső hajtóerő, vagyis a folyadékot ventilátorok, ventilátorok és egyéb alkatrészek hajtják.áramlást, ezáltal hőt vonnak el, ezt kényszerkonvekciónak nevezzük.A rendkívül lassú hőleadás és a természetes konvekció gyenge hatása miatt nem tudja maradéktalanul teljesíteni a lézerek hőleadási követelményeit.Ezért a teljes hűtőrendszerhez ventilátort kell szerelni, hogy felgyorsítsuk a levegő áramlását és a természetes konvekciót kényszerkonvekcióvá alakítsuk.
▲ Ventilátoros hűtés elve
(2) Fűtőcső radiátor a hő elvezetésére
A hőcsöves radiátor hőleadása azt jelenti, hogy a hőcső a benne lévő munkafolyadék fázisváltozására támaszkodik a hőátadás érdekében.Ennek a folyadéknak alacsony a forráspontja, és könnyen elpárolog.A hőcső egyik vége az elpárologtató vége, amely a lézer belsejében lévő hűtőbordához csatlakozik;a másik vége a kondenzációs vég, amely a külső hűtőbordához és a ventilátorhoz csatlakozik.A cső falának folyadékelnyelő kanóca van, amely kapilláris porózus anyagokból áll.A lézer felmelegítésekor a párologtató vége felmelegszik, a munkafolyadék gyorsan elpárolog, a gőz a nyomáskülönbség alatt a kondenzációs véghez áramlik, és a hő felszabadul, amely a ventilátoron keresztül távozik;ezzel egyidejűleg a gőz ismét folyadékká kondenzálódik, és a folyadék a kanócon keresztül visszaáramlik a párologtató szakaszba.(Ha gravitációs hőcsőről van szó, akkor nincs kanóc, a folyadék a cső falához tapad, és gravitáció hatására visszafolyik az alsó párologtató szakaszba).Ez a ciklus nem áll meg, és a hő a lézer belsejéből kifelé áramlik.
▲ A hőcsöves radiátor hőelvezetési elve
Az IPG LightWELD 1500 kézi lézerhegesztő rendszere hőcső radiátoros hűtési megoldást használ.A LightWELD tervezését és gyártását a kis méret és a könnyű súly jellemzi, ami a jelenlegi kézi lézerhegesztőgép változásainak új generációjához vezet.A hegesztésen kívül a kézi lézerhegesztés és tisztítás funkcióit is megvalósítja.A LightWELD kézi lézeres hegesztőgép léghűtéses módszert alkalmaz, a további hűtőberendezések által igényelt energiafogyasztás nélkül, kiküszöbölve a hűtőcsöveket, az alkatrészeket, a vezérlési és karbantartási kapcsolatokat, csökkenti a költségeket, miközben növeli a hordozhatóságot és javítja a rendszer általános megbízhatóságát.
▲ LightWELD 1500 kézi lézerhegesztő rendszer
(A kép az internetről származik, jogsértés esetén kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot, hogy töröljük)
(3) Kompresszor hűtés és hűtés
A kompresszoros hűtés és hőelvezetés elve: A kompresszor összenyomja a hűtőközeget, a hűtőközeget magas hőmérsékletű és nagynyomású gázzá alakítja, és a külső kondenzátorhoz áramlik.A magas hőmérsékletű és nagynyomású gáz alacsony hőmérsékletű és nagynyomású folyadékká kondenzálódik, és a cseppfolyósítás során keletkező hő a ventilátorral távozik a gépből.Az alacsony hőmérsékletű és nagynyomású folyékony hűtőközeg nyomásmentesítése az expanziós szelepen keresztül történik, és alacsony hőmérsékletű, alacsony nyomású, könnyen elpárologtatható állapotba kerül, és a belső elpárologtatóba áramlik.Az elpárologtató hőt vesz fel, hogy csökkentse a lézer belső hőmérsékletét a hűtés hatásának elérése érdekében, majd a hűtőközeg magas hőmérsékletű és alacsony nyomású gázzá párolog el.Az elpárologtató által elpárologtatott gáz-hűtőközeget a kompresszor ismét összenyomja, és oda-vissza kering, ami megvalósítja a hőleadást a gép belsejében.
▲ A kompresszoros hűtés és hőelvezetés elve
A GW Laser által piacra dobott A1500W intelligens léghűtéses kézi hegesztőgép kompresszoros hűtési és hőleadási sémát alkalmaz.A GW Laser a 976 nm-es technológia folyamatos feltárására és innovációjára összpontosít
A magas, 976 nm-es fotoelektromos konverziós hatásfokkal kombinálva kreatívan megoldotta a léghűtéses hűtési kapacitás problémáját, és elindította az iparág első léghűtéses 976 nm-es technológiáját, amely megoldotta az energiafogyasztás és a hordozhatóság problémáit, és ismét vezette a szálas lézerek technológiai fejlesztési iránya.Ez a modell megvalósította a hegesztés, vágás és tisztítás három az egyben funkcióját.
▲ GW Laser A1500W Smart léghűtéses kézi hegesztő
Több hűtési mód összehasonlítása
A ventilátoros hűtés felépítése viszonylag egyszerű.Egyszerűen szétosztja a hűtőbordában lévő hőt a hűtőbordára, majd a hűtőborda és a környezeti levegő közötti hőmérséklet-különbséget használja fel a hő elvezetésére a ventilátor kényszerített konvekciója révén.Ha a környezeti hőmérséklet nyáron túl magas, a hűtőborda és a levegő közötti hőmérsékletkülönbség túl kicsi, és a hőelvezetési kapacitás jelentősen csökken.Csak passzívan képes elvezetni a hőt, nagymértékben befolyásolja a környezet, és nem tudja pontosan szabályozni a hőmérsékletet.Előnye, hogy a teljes berendezés és a vezérlőrendszer egyszerű.
Az egyszerű ventilátoros hűtési módszerhez képest a hőcsöves radiátor több hőcsővel rendelkezik, így a szerkezete viszonylag bonyolult.A munkaanyag párolgásán és kondenzációján alapul, hogy gyorsan átadja a hőt a hűtőbordáról a hűtőbordára, majd a hőt a ventilátoron keresztül a levegőbe vezesse.Ugyancsak a passzív hőleadáshoz tartozik, amely nem tudja pontosan szabályozni a hőmérsékletet, és nagymértékben zavarja a környező hőmérséklet.
A kompresszor hűtési és hőleadási séma az aktív hőelvezetéshez tartozik.A kompresszor és az expanziós szelep meglétének köszönhetően a hőmérséklet pontosan szabályozható a hűtőközeg áramlásának és nyomásának beállításával.Ugyanakkor a kondenzátorban a hűtőközeg hőmérséklete magasabb, mint a hűtőbordáé, ami elősegíti a gyors hőtermelést.közvetítik a levegőbe.Vezérlőrendszere bonyolultabb;ugyanakkor, mivel felépítése jóval bonyolultabb, mint a fenti két séma, a berendezés térfogata és tömege is ennek megfelelően nő.
A legtöbb hagyományos szálas lézer vízhűtést használ a hő elvezetésére.Először a vizet kompresszoros hűtéssel, majd a lézert vízzel hűtik.A Guanghui Laser léghűtéses hőelvezetési sémája közvetlenül kompresszoros hűtést használ a lézer hűtésére, elhagyva a víz létezését és kiküszöbölve a közbenső hőátadó kapcsolatot, így a hőelvezetés hatékonysága magasabb, a térfogat és a tömeg pedig kisebbre tehető.
A laboratóriumban állandó hőmérséklet és páratartalom tesztdobozt használunk a 35°C beállítására, hogy szimuláljuk a nyári magas hőmérsékletű használati környezetet, és teszteljük a lézer belső erősítőszálának hőmérsékletváltozását különböző léghűtési sémákkal az adott körülmények között. teljes 1500 W teljesítménnyel..A kísérleti adatokból jól látható, hogy a szál hőmérséklete az első percekben exponenciálisan növekszik, és 10 perc körül stabilizálódik.A kompresszor hűtőhatása miatt a lézer aktívan hűthető, így a hőmérséklet 60 °C alá szabályozható, a hőmérsékletváltozás viszonylag stabil;míg a másik kettő csak passzív hőleadásra támaszkodhat, így a belső hőmérséklet valamivel magasabb, mint a kompresszoros hűtési rendszeré;, A hőcső magas hőátadási hatásfokának köszönhetően a lézer belsejéből a hő jól exportálható, így a belső hőmérséklete alacsonyabb, mint a tiszta ventilátoré, a hőmérséklet-emelkedés pedig kíméletesebb.
▲ A hőmérséklet időbeli változása, amikor a lézer 1,5 kW-os lézert bocsát ki különböző léghűtési sémákkal
(laboratóriumi adatok, eltérések lehetnek a tényleges terepi használattól)
Epilógus
A szálas lézerek területén a GW Laser mindig is a globális lézeróriás IPG-t célozta meg.A Guanghui egyedülálló márkaelőnye a katonai minőségű termékek létrehozása.A GW Laser sok évvel ezelőtt kezdett tudományos kutatócsoportokat szervezni a léghűtés és hőelvezetés folyamatos kutatására.A jövőben tovább fejlesztjük ezt a szempontot, folyamatosan javítjuk a termékek stabilitását, megvalósítjuk a termékek és technológiák iteratív frissítését, és több iparág igényeit is kielégítjük.feldolgozási igények
Feladás időpontja: 2022. március 10