Prefazione
Con la crescente applicazione dei laser a fibra, l'affidabilità dei laser a fibra ha attirato sempre più attenzione, compresa l'affidabilità delle prestazioni di uscita del laser, l'affidabilità dei componenti elettronici, l'affidabilità dei dispositivi ottici, l'affidabilità dei sistemi, ecc. Aspetta.La maggior parte di questi sono strettamente correlati alle proprietà termiche del laser stesso.Inoltre, la temperatura ha una grande influenza sulle prestazioni del laser, in particolare sulla potenza di uscita e sulla stabilità di uscita del laser.
Il calore del laser a fibra proviene principalmente dalla sorgente della pompa e dalla cavità di guadagno.Per la sorgente della pompa, la sua efficienza di conversione è di circa il 50%, il che significa anche che viene generata un'energia equivalente alla potenza ottica in uscita sotto forma di calore.Se il calore non può essere dissipato in tempo, la temperatura del chip interno aumenterà rapidamente e la lunghezza d'onda centrale del laser si sposterà all'aumentare della temperatura.Per la cavità di guadagno, dopo che la luce della pompa è entrata nella fibra di guadagno attiva, solo una parte di essa viene convertita in uscita laser e il resto dell'energia viene convertita in energia termica.L'energia termica aumenterà la temperatura del mezzo di guadagno, con conseguente ampliamento dello spettro di fluorescenza e una breve durata dell'emissione spontanea, riducendo così l'efficienza di conversione dell'energia.Pertanto, la gestione termica ha un significato non trascurabile per i laser a fibra.Attualmente, le tecnologie di gestione termica comunemente utilizzate sono principalmente il raffreddamento ad aria e ad acqua.Tra questi, la tecnologia di dissipazione del calore raffreddata ad aria viene utilizzata principalmente nei laser pulsati a bassa potenza e nei laser continui a bassa potenza.La maggior parte dei laser a fibra di media e alta potenza utilizza la dissipazione del calore raffreddata ad acqua come principale dissipazione del calore.
Due modi per dissipare il calore
1. Raffreddamento ad acqua
Come suggerisce il nome, il raffreddamento ad acqua è l'uso dell'acqua per sottrarre calore attraverso uno scambiatore di calore (come una piastra di raffreddamento ad acqua).Anche il suo principio di funzionamento è molto semplice, ovvero l'acqua fredda nel refrigeratore scorre nello scambiatore di calore attraverso il tubo dell'acqua, quindi esce da un'altra porta dello scambiatore di calore e quindi ritorna al refrigeratore attraverso il tubo dell'acqua .Il calore viene portato via dall'interno del laser.
Il metodo di dissipazione del calore raffreddato ad acqua ha una struttura semplice ed è di facile manutenzione;la capacità di dissipazione del calore è elevata e l'uniformità della temperatura è buona.Le prestazioni di raffreddamento del laser possono essere migliorate utilizzando un refrigeratore con una maggiore capacità di raffreddamento.Attualmente, ci sono più di 500 produttori che integrano e vendono saldatrici laser portatili sul mercato e generalmente utilizzano il raffreddamento ad acqua.Tuttavia, oltre al laser stesso, la saldatrice laser portatile con raffreddamento ad acqua richiede anche refrigeratori e acqua aggiuntivi, il che si traduce in un aumento sostanziale del volume e del peso complessivo dell'apparecchiatura e in ambienti di utilizzo limitati.
2. Raffreddamento ad aria
In senso lato, la dissipazione del calore raffreddata ad aria si riferisce all'uso di ventole per migliorare la convezione dell'aria e completare lo scambio di calore all'interno della macchina.Con il miglioramento della tecnologia, i principali produttori di laser hanno iniziato a mettere piede nel campo del raffreddamento ad aria e della dissipazione del calore.Nel giugno dello scorso anno, il gigante mondiale del laser in fibra I ha lanciato il prodotto di saldatura laser portatile LightWELD 1500W raffreddato ad aria;ad agosto, GW ha lanciato in Cina la saldatrice laser intelligente A1500W raffreddata ad aria;in ottobre, la società Reci ha anche rilasciato la saldatrice laser raffreddata ad aria FCA1500.laser.
▲ Saldatrice laser raffreddata ad aria：reci、IPG、GW
(L'immagine proviene da Internet, in caso di violazione, contattaci per eliminarla)
Questi tre laser si rivolgono principalmente al segmento di mercato della saldatura laser manuale.I laser raffreddati ad aria possono rendere il lavoro più flessibile e portatile.Tutti e tre i laser utilizzano la dissipazione del calore raffreddata ad aria senza ulteriori apparecchiature di raffreddamento ad acqua, il che riduce i costi.Allo stesso tempo, le dimensioni e il peso dell'attrezzatura sono notevolmente ridotti.Sebbene siano entrambi chiamati laser raffreddati ad aria, gli schemi di dissipazione del calore raffreddati ad aria utilizzati sono diversi, tra cui il raffreddamento della ventola, il raffreddamento del radiatore del tubo di calore e il raffreddamento e il raffreddamento del compressore.(1) Dissipazione del calore della ventola Nel laser, il calore generato all'interno della sorgente della pompa e della cavità del guadagno viene dissipato utilizzando un substrato con una buona conduttività termica (come rame, nitruro di alluminio, ecc.), quindi il calore viene dissipato per convezione.Questo metodo è chiamato raffreddamento per convezione.Il trasferimento di calore convettivo può essere suddiviso in convezione naturale e dissipazione del calore per convezione forzata in base alla forza motrice del flusso del fluido.In assenza di forza esterna, solo la differenza di temperatura del fluido può far scorrere spontaneamente il fluido per condurre il trasferimento di calore, che chiamiamo convezione naturale;quando c'è una forza motrice esterna, cioè il fluido è azionato da ventole, ventole e altri componenti.flusso, rimuovendo così il calore, lo chiamiamo convezione forzata.A causa della dissipazione del calore estremamente lenta e dello scarso effetto della convezione naturale, non può soddisfare pienamente i requisiti di dissipazione del calore dei laser.Pertanto, è necessario aggiungere una ventola all'intero sistema di raffreddamento per accelerare il flusso d'aria e trasformare la convezione naturale in convezione forzata.
▲ Principio di raffreddamento tramite ventola
(2) Radiatore a tubi di calore per dissipare il calore
La dissipazione del calore del radiatore del tubo di calore significa che il tubo di calore si basa sul cambiamento di fase del liquido di lavoro al suo interno per ottenere il trasferimento di calore.Questo liquido ha un basso punto di ebollizione ed è facile da volatilizzare.Un'estremità del tubo di calore è l'estremità di evaporazione, che è collegata al dissipatore di calore all'interno del laser;l'altra estremità è l'estremità di condensazione, che è collegata al dissipatore di calore esterno e alla ventola.La parete del tubo ha uno stoppino che assorbe i liquidi, composto da materiali porosi capillari.Quando il laser viene riscaldato, l'estremità di evaporazione viene riscaldata, il liquido di lavoro evapora rapidamente, il vapore scorre all'estremità di condensazione sotto la differenza di pressione e il calore viene rilasciato, che viene scaricato attraverso il ventilatore;allo stesso tempo, il vapore si condensa nuovamente in liquido e il liquido rifluisce nella sezione di evaporazione attraverso lo stoppino.(Se si tratta di un tubo di calore a gravità, non c'è stoppino e il liquido aderisce alla parete del tubo e rifluisce per gravità nella sezione di evaporazione inferiore).Questo ciclo non si interrompe e il calore viene trasferito dall'interno del laser verso l'esterno.
▲ Principio di dissipazione del calore del radiatore a tubi di calore
Il sistema di saldatura laser portatile LightWELD 1500 di IPG utilizza una soluzione di raffreddamento del radiatore a tubi di calore.Il design e la produzione di LightWELD è caratterizzato da dimensioni ridotte e peso leggero, che porta una nuova generazione di cambiamenti nell'attuale saldatrice laser portatile.Oltre alla saldatura, realizza anche le funzioni di saldatura e pulizia laser portatili.La saldatrice laser portatile LightWELD adotta il metodo di raffreddamento ad aria, senza il consumo energetico richiesto da ulteriori apparecchiature di refrigerazione, eliminando le tubazioni del refrigeratore, i componenti, i collegamenti di controllo e manutenzione, riducendo i costi aumentando la portabilità e migliorando l'affidabilità complessiva del sistema.
▲ Sistema di saldatura laser portatile LightWELD 1500
(L'immagine proviene da Internet, in caso di violazione, contattaci per eliminarla)
(3) Raffreddamento e raffreddamento del compressore
Principio di refrigerazione e dissipazione del calore del compressore: il compressore comprime il refrigerante, trasforma il refrigerante in un gas ad alta temperatura e alta pressione e scorre verso il condensatore esterno.Il gas ad alta temperatura e alta pressione viene condensato in un liquido a bassa temperatura e alta pressione e il calore generato dalla liquefazione viene scaricato dalla macchina con il ventilatore.Il refrigerante liquido a bassa temperatura e ad alta pressione viene depressurizzato attraverso la valvola di espansione e diventa uno stato a bassa temperatura, bassa pressione, facile da evaporare e fluisce verso l'evaporatore interno.L'evaporatore assorbe il calore per ridurre la temperatura interna del laser per ottenere l'effetto del raffreddamento, quindi il refrigerante vaporizza in un gas ad alta temperatura e bassa pressione.Il gas refrigerante evaporato dall'evaporatore viene nuovamente compresso dal compressore e circola avanti e indietro, il che realizza la dissipazione del calore all'interno della macchina.
▲ Principio di refrigerazione del compressore e dissipazione del calore
La saldatrice portatile intelligente raffreddata ad aria A1500W lanciata da GW Laser utilizza lo schema di raffreddamento e dissipazione del calore del compressore.GW Laser si concentra sulla continua esplorazione e innovazione della tecnologia a 976 nm
In combinazione con l'elevata efficienza di conversione fotoelettrica di 976 nm, ha risolto in modo creativo il problema della capacità di raffreddamento raffreddata ad aria e ha lanciato la prima tecnologia 976 nm raffreddata ad aria nel settore, che ha risolto i problemi di consumo energetico e portabilità e ancora una volta ha guidato il direzione dello sviluppo tecnologico dei laser in fibra.Questo modello ha realizzato la funzione tre in uno di saldatura, taglio e pulizia.
▲ Saldatrice portatile intelligente raffreddata ad aria GW Laser A1500W
Confronto di diversi metodi di raffreddamento
La struttura del raffreddamento tramite ventola è relativamente semplice.Diffonde semplicemente il calore nel dissipatore di calore al dissipatore di calore, quindi utilizza la differenza di temperatura tra il dissipatore di calore e l'aria ambiente per dissipare il calore attraverso la convezione forzata della ventola.Quando la temperatura ambiente è troppo alta in estate, la differenza di temperatura tra il dissipatore di calore e l'aria è troppo piccola e la capacità di dissipazione del calore sarà notevolmente ridotta.Può solo dissipare passivamente il calore, è fortemente influenzato dall'ambiente e non può controllare accuratamente la temperatura.Il vantaggio è che l'attrezzatura complessiva e il sistema di controllo sono semplici.
Rispetto al semplice metodo di raffreddamento della ventola, il radiatore del tubo di calore ha più tubi di calore, quindi la sua struttura è relativamente complicata.Si basa sull'evaporazione e sulla condensazione del materiale di lavoro per trasferire rapidamente il calore dal dissipatore di calore al dissipatore di calore e quindi dissipare il calore nell'aria attraverso la ventola.Appartiene anche alla dissipazione passiva del calore, che non può controllare con precisione la temperatura ed è fortemente disturbata dalla temperatura circostante.
Lo schema di raffreddamento e dissipazione del calore del compressore appartiene alla dissipazione del calore attiva.Grazie all'esistenza del compressore e della valvola di espansione, la temperatura può essere controllata con precisione regolando il flusso e la pressione del refrigerante.Allo stesso tempo, la temperatura del refrigerante nel condensatore è superiore a quella del dissipatore di calore, il che favorisce una rapida generazione di calore.trasmesso all'aria.Il suo sistema di controllo è più complicato;allo stesso tempo, poiché la sua struttura è molto più complicata rispetto ai due schemi precedenti, anche il volume e il peso dell'attrezzatura vengono aumentati di conseguenza.
La maggior parte dei tradizionali laser a fibra utilizza il raffreddamento ad acqua per dissipare il calore.Innanzitutto, l'acqua viene raffreddata dalla refrigerazione del compressore, quindi il laser viene raffreddato dall'acqua.Lo schema di dissipazione del calore raffreddato ad aria di Guanghui Laser utilizza direttamente il raffreddamento del compressore per raffreddare il laser, abbandonando l'esistenza dell'acqua ed eliminando il collegamento intermedio di trasferimento del calore, quindi l'efficienza di dissipazione del calore è maggiore e il volume e il peso possono essere ridotti.
In laboratorio, utilizziamo una scatola di prova a temperatura e umidità costanti per impostare 35 ° C per simulare l'ambiente di utilizzo ad alta temperatura in estate e testare la variazione di temperatura della fibra di guadagno interna del laser con diversi schemi di raffreddamento ad aria sotto la condizione di piena potenza 1500W..Dai dati sperimentali si vede chiaramente che la temperatura della fibra aumenta esponenzialmente nei primi minuti e si stabilizza intorno ai 10 minuti.A causa dell'effetto di raffreddamento del compressore, il laser può essere raffreddato attivamente, quindi la temperatura può essere controllata al di sotto di 60 °C e la variazione di temperatura è relativamente stabile;mentre gli altri due possono fare affidamento solo sulla dissipazione passiva del calore, quindi la temperatura interna è leggermente superiore a quella dello schema di raffreddamento del compressore;, A causa dell'elevata efficienza di trasferimento del calore del tubo di calore, il calore può essere ben esportato dall'interno del laser, quindi la sua temperatura interna è inferiore a quella di un ventilatore puro e l'aumento della temperatura è più delicato.
▲ La temperatura cambia nel tempo quando il laser emette un laser da 1,5 kW con diversi schemi di raffreddamento ad aria
(dati di laboratorio, potrebbero esserci deviazioni dall'effettivo utilizzo sul campo)
Epilogo
Nel campo dei laser in fibra, GW Laser ha sempre puntato sul gigante mondiale del laser IPG.È il vantaggio unico del marchio Guanghui per creare prodotti con qualità militare.Molti anni fa, GW Laser ha iniziato a organizzare forze di ricerca scientifica per condurre continue esplorazioni nel raffreddamento dell'aria e nella dissipazione del calore.In futuro, continueremo a migliorare questo aspetto, migliorare continuamente la stabilità dei prodotti, realizzare l'aggiornamento iterativo di prodotti e tecnologie e soddisfare le esigenze di più settori.esigenze di elaborazione
Tempo di pubblicazione: mar-10-2022