Pratarmė
Didėjant šviesolaidinių lazerių taikymui, šviesolaidinių lazerių patikimumas sulaukia vis daugiau dėmesio, įskaitant lazerio išvesties patikimumą, elektroninių komponentų patikimumą, optinių įrenginių patikimumą, sistemų patikimumą ir kt.Dauguma jų yra glaudžiai susiję su paties lazerio šiluminėmis savybėmis.Be to, temperatūra turi didelę įtaką lazerio veikimui, ypač lazerio išėjimo galiai ir išėjimo stabilumui.
Skaidulinio lazerio šiluma daugiausia gaunama iš siurblio šaltinio ir stiprinimo ertmės.Siurblio šaltinio konversijos efektyvumas yra apie 50%, o tai taip pat reiškia, kad energija, lygiavertė išėjimo optinei galiai, generuojama šilumos pavidalu.Jei šilumos nepavyks išsklaidyti laiku, vidinės lusto temperatūra greitai pakils, o lazerio centrinis bangos ilgis dreifuoja kylant temperatūrai.Stiprinimo ertmei po to, kai siurblio šviesa patenka į aktyvųjį stiprinimo pluoštą, tik dalis jos paverčiama lazerio išvestimi, o likusi energijos dalis paverčiama šilumos energija.Šiluminė energija padidins stiprinimo terpės temperatūrą, todėl išsiplės fluorescencijos spektras ir trumpas spontaniškos emisijos tarnavimo laikas, taip sumažinant energijos konversijos efektyvumą.Todėl šiluminis valdymas turi nereikšmingą reikšmę pluoštiniams lazeriams.Šiuo metu dažniausiai naudojamos šilumos valdymo technologijos daugiausia yra aušinamos oru ir vandeniu.Tarp jų oru aušinama šilumos išsklaidymo technologija daugiausia naudojama mažos galios impulsiniuose lazeriuose ir mažos galios nuolatiniuose lazeriuose.Dauguma vidutinės ir didelės galios skaidulinių lazerių naudoja vandeniu aušinamą šilumos išsklaidymą kaip pagrindinį šilumos išsklaidymą.
Du būdai išsklaidyti šilumą
1. Vandens aušinimas
Kaip rodo pavadinimas, vandens aušinimas yra vandens naudojimas šilumai pašalinti per šilumokaitį (pvz., vandens aušinimo plokštę).Jo veikimo principas taip pat labai paprastas, tai yra, šaltas vanduo aušintuve per vandens vamzdį patenka į šilumokaitį, o tada išeina iš kito šilumokaičio prievado, o tada vandens vamzdžiu teka atgal į aušintuvą. .Šiluma nunešama iš lazerio vidaus.
Vandeniu aušinamas šilumos išsklaidymo metodas yra paprastos struktūros ir jį lengva prižiūrėti;šilumos išsklaidymo pajėgumas yra stiprus, o temperatūros vienodumas yra geras.Lazerio aušinimo efektyvumą galima pagerinti naudojant didesnės aušinimo talpos aušintuvą.Šiuo metu rinkoje yra daugiau nei 500 gamintojų, integruojančių ir parduodančių rankinius lazerinio suvirinimo aparatus, ir jie dažniausiai naudoja vandens aušinimą.Tačiau, be paties lazerio, rankiniam lazeriniam suvirinimo aparatui su vandens aušinimu taip pat reikia papildomų aušintuvų ir vandens, todėl labai padidėja bendras įrangos tūris ir svoris, o naudojimo aplinka yra ribota.
2. Oro aušinimas
Plačiąja prasme oru aušinamas šilumos išsklaidymas reiškia ventiliatorių naudojimą, siekiant pagerinti oro konvekciją ir užbaigti šilumos mainus mašinos viduje.Tobulėjant technologijoms, didieji lazerių gamintojai pradėjo kelti koją oro aušinimo ir šilumos išsklaidymo srityje.Praėjusių metų birželį pasaulinė šviesolaidinių lazerių milžinė I kompanija pristatė oru aušinamą LightWELD 1500W rankinio lazerinio suvirinimo gaminį;rugpjūtį GW Kinijoje pristatė oru aušinamą išmanųjį lazerinio suvirinimo aparatą A1500W;spalį įmonė Reci taip pat išleido oru aušinamą lazerinio suvirinimo aparatą FCA1500.lazeris.
▲ Oru aušinamas lazerinis suvirintojas: reci, IPG, GW
(Nuotrauka yra iš interneto, jei yra kokių nors pažeidimų, susisiekite su mumis, kad ją ištrintume)
Šie trys lazeriai daugiausia skirti rankinio lazerinio suvirinimo rinkos segmentui.Oru aušinami lazeriai gali padaryti darbą lankstesnį ir nešiojamesnį.Visi trys lazeriai naudoja oru aušinamą šilumos išsklaidymą be papildomos vandens aušinimo įrangos, o tai sumažina išlaidas.Tuo pačiu metu labai sumažėja įrangos dydis ir svoris.Nors jie abu vadinami oru aušinamais lazeriais, naudojamos oru aušinamos šilumos išsklaidymo schemos skiriasi, įskaitant aušinimą ventiliatoriumi, šilumos vamzdžio radiatoriaus aušinimą ir kompresoriaus aušinimą bei vėsinimą.(1) Ventiliatoriaus šilumos išsklaidymas Lazeryje šiluma, susidaranti siurblio šaltinio ir stiprinimo ertmėje, yra išsklaidoma naudojant gero šilumos laidumo substratą (pvz., varį, aliuminio nitridą ir kt.), o tada šiluma išsklaido konvekcijos būdu.Šis metodas vadinamas konvekciniu aušinimu.Konvekcinis šilumos perdavimas pagal skysčio srauto varomąją jėgą gali būti skirstomas į natūralią konvekciją ir priverstinę konvekcinę šilumos išsklaidymą.Nesant išorinės jėgos, tik skysčio temperatūrų skirtumas gali priversti skystį spontaniškai tekėti ir atlikti šilumos perdavimą, kurį vadiname natūralia konvekcija;kai yra išorinė varomoji jėga, tai yra, skystį varo ventiliatoriai, ventiliatoriai ir kiti komponentai.srautą, taip pašalindami šilumą, vadiname priverstine konvekcija.Dėl itin lėto šilumos sklaidos ir prasto natūralios konvekcijos poveikio jis negali visiškai patenkinti lazerių šilumos išsklaidymo reikalavimų.Todėl, norint paspartinti oro srautą ir natūralią konvekciją paversti priverstine konvekcija, būtina į visą aušinimo sistemą pridėti ventiliatorių.
▲ Ventiliatoriaus aušinimo principas
(2) Šildymo vamzdžio radiatorius šilumai išsklaidyti
Šilumos vamzdžio radiatoriaus šilumos išsklaidymas reiškia, kad šilumos vamzdis priklauso nuo jo viduje esančio darbinio skysčio fazės pasikeitimo, kad pasiektų šilumos perdavimą.Šis skystis turi žemą virimo temperatūrą ir lengvai išgaruoja.Vienas šilumos vamzdžio galas yra išgarinimo galas, kuris yra prijungtas prie šilumos kriauklės lazerio viduje;kitas galas yra kondensacinis galas, kuris yra prijungtas prie išorinio šilumos kriauklės ir ventiliatoriaus.Vamzdžio sienelė turi skystį sugeriantį dagtį, sudarytą iš kapiliarinių poringų medžiagų.Kaitinant lazerį, kaitinamas garavimo galas, darbinis skystis greitai išgaruoja, esant slėgio skirtumui garai teka į kondensacinį galą ir išsiskiria šiluma, kuri išleidžiama per ventiliatorių;tuo pačiu metu garai vėl kondensuojasi į skystį, o skystis per dagtį teka atgal į garinimo sekciją.(Jei tai gravitacinis šilumos vamzdis, dagčio nėra, o skystis prilimpa prie vamzdžio sienelės ir gravitacijos būdu teka atgal į apatinę garinimo sekciją).Šis ciklas nesibaigia, o šiluma iš lazerio vidaus perduodama į išorę.
▲ Šilumos vamzdžio radiatoriaus šilumos išsklaidymo principas
IPG „LightWELD 1500“ rankinėje lazerinio suvirinimo sistemoje naudojamas šilumos vamzdžio radiatoriaus aušinimo sprendimas.„LightWELD“ dizainas ir gamyba pasižymi mažu dydžiu ir nedideliu svoriu, o tai lemia naujos kartos dabartinio rankinio lazerinio suvirinimo aparato pokyčius.Be suvirinimo, jis taip pat atlieka rankinio lazerinio suvirinimo ir valymo funkcijas.„LightWELD“ rankinis lazerinis suvirinimo aparatas naudoja aušinimo oru metodą, nereikalaujant papildomos aušintuvo įrangos energijos suvartojimo, pašalinant aušintuvo vamzdynus, komponentus, valdymo ir priežiūros ryšius, sumažinant sąnaudas, padidinant perkeliamumą ir pagerinant bendrą sistemos patikimumą.
▲ „LightWELD 1500“ rankinė lazerinio suvirinimo sistema
(Nuotrauka yra iš interneto, jei yra kokių nors pažeidimų, susisiekite su mumis, kad ją ištrintume)
(3) Kompresoriaus aušinimas ir aušinimas
Kompresoriaus šaldymo ir šilumos išsklaidymo principas: kompresorius suspaudžia šaltnešį, paverčia šaltnešį aukštos temperatūros ir aukšto slėgio dujomis ir teka į išorinį kondensatorių.Aukštos temperatūros ir aukšto slėgio dujos kondensuojamos į žemos temperatūros ir aukšto slėgio skystį, o suskystinimo metu susidariusi šiluma pašalinama iš mašinos su ventiliatoriumi.Žemos temperatūros ir aukšto slėgio skysto šaltnešio slėgis sumažinamas per plėtimosi vožtuvą ir tampa žemos temperatūros, žemo slėgio, lengvai išgaruojančia būsena ir teka į vidinį garintuvą.Garintuvas sugeria šilumą, kad sumažintų vidinę lazerio temperatūrą, kad būtų pasiektas aušinimo efektas, o tada šaltnešis išgaruoja į aukštos temperatūros ir žemo slėgio dujas.Garintuvo išgarintas dujinis šaltnešis kompresoriumi vėl suspaudžiamas ir cirkuliuoja pirmyn ir atgal, o tai realizuoja šilumos išsklaijimą mašinos viduje.
▲ Kompresoriaus šaldymo ir šilumos išsklaidymo principas
„GW Laser“ pristatytas išmanusis oru aušinamas rankinis suvirinimo aparatas A1500W naudoja kompresoriaus aušinimo ir šilumos išsklaidymo schemą.GW Laser daugiausia dėmesio skiria nuolatiniam 976 nm technologijos tyrinėjimui ir naujovėms
Kartu su dideliu 976 nm fotoelektrinės konversijos efektyvumu, jis kūrybiškai išsprendė oru aušinamo aušinimo pajėgumo problemą ir pristatė pirmąją pramonėje oru aušinamą 976 nm technologiją, kuri išsprendė energijos suvartojimo ir perkeliamumo problemas ir dar kartą vadovavo pluoštinių lazerių technologinės plėtros kryptis.Šis modelis įgyvendino suvirinimo, pjovimo ir valymo „trys viename“ funkciją.
▲ GW Laser A1500W išmanusis oru aušinamas rankinis suvirintojas
Kelių aušinimo būdų palyginimas
Ventiliatoriaus aušinimo struktūra yra gana paprasta.Jis tiesiog paskirsto šilumą radiatoriuje iki šilumos kriauklės, o tada naudoja temperatūros skirtumą tarp šilumos kriauklės ir aplinkos oro, kad išsklaidytų šilumą per priverstinę ventiliatoriaus konvekciją.Kai aplinkos temperatūra vasarą per aukšta, šilumos kriauklės ir oro temperatūrų skirtumas yra per mažas, o šilumos išsklaidymo pajėgumas labai sumažės.Jis gali tik pasyviai išsklaidyti šilumą, yra labai veikiamas aplinkos ir negali tiksliai kontroliuoti temperatūros.Privalumas yra tai, kad visa įranga ir valdymo sistema yra paprasta.
Palyginti su paprastu ventiliatoriaus aušinimo būdu, šilumos vamzdžio radiatorius turi daugiau šilumos vamzdžių, todėl jo struktūra yra gana sudėtinga.Jis priklauso nuo darbinės medžiagos išgaravimo ir kondensacijos, kad greitai perneštų šilumą iš aušintuvo į aušintuvą, o tada per ventiliatorių šiluma išskirstytų į orą.Tai taip pat priklauso pasyviam šilumos išsklaidymui, kuris negali tiksliai kontroliuoti temperatūros ir yra labai trikdomas aplinkos temperatūros.
Kompresoriaus aušinimo ir šilumos išsklaidymo schema priklauso aktyviam šilumos išsklaidymui.Dėl kompresoriaus ir išsiplėtimo vožtuvo, temperatūrą galima tiksliai reguliuoti reguliuojant šaltnešio srautą ir slėgį.Tuo pačiu metu kondensatoriuje esančio šaltnešio temperatūra yra aukštesnė nei aušintuvo, o tai skatina greitą šilumos susidarymą.perduodamas į orą.Jo valdymo sistema yra sudėtingesnė;tuo pačiu, kadangi jos struktūra yra daug sudėtingesnė nei pirmiau minėtos dvi schemos, atitinkamai padidėja ir įrangos tūris bei svoris.
Dauguma tradicinių pluoštinių lazerių naudoja vandens aušinimą, kad išsklaidytų šilumą.Pirmiausia vanduo aušinamas kompresoriaus šaldymo būdu, o vėliau lazeris – vandeniu.„Guanghui Laser“ oru aušinamos šilumos išsklaidymo schemoje lazeriui aušinti tiesiogiai naudojamas kompresoriaus aušinimas, atsisakoma vandens ir pašalinama tarpinė šilumos perdavimo jungtis, todėl šilumos išsklaidymo efektyvumas yra didesnis, o tūris ir svoris gali būti mažesni.
Laboratorijoje mes naudojame pastovios temperatūros ir drėgmės bandymo dėžutę, kad nustatytume 35 ° C, kad imituotume aukštos temperatūros naudojimo aplinką vasarą ir išbandytume lazerio vidinio stiprinimo pluošto temperatūros pokytį su skirtingomis oro aušinimo schemomis, esant tokioms sąlygoms. visos 1500 W galios..Iš eksperimentinių duomenų galima aiškiai matyti, kad pluošto temperatūra eksponentiškai didėja per pirmąsias kelias minutes ir stabilizuojasi maždaug per 10 minučių.Dėl kompresoriaus aušinimo efekto lazeris gali būti aktyviai aušinamas, todėl temperatūra gali būti valdoma žemiau 60 °C, o temperatūros pokytis yra gana stabilus;o kiti du gali pasikliauti tik pasyviu šilumos išsklaidymu, todėl vidinė temperatūra yra šiek tiek aukštesnė nei kompresoriaus aušinimo schemoje;, Dėl didelio šilumos vamzdžio šilumos perdavimo efektyvumo šiluma gali būti gerai eksportuojama iš lazerio vidaus, todėl jo vidinė temperatūra yra žemesnė nei gryno ventiliatoriaus, o temperatūros kilimas yra švelnesnis.
▲ Temperatūros pokytis laikui bėgant, kai lazeris išskiria 1,5 kW lazerį su skirtingomis oro aušinimo schemomis
(laboratoriniai duomenys, gali būti nukrypimų nuo faktinio naudojimo lauke)
Epilogas
Skaidulinių lazerių srityje GW Laser visada siekė pasaulinio lazerių milžino IPG.Tai yra unikalus Guanghui prekės ženklo pranašumas kurti karinės kokybės produktus.Prieš daugelį metų „GW Laser“ pradėjo organizuoti mokslinių tyrimų pajėgas, siekdama atlikti nuolatinius oro aušinimo ir šilumos išsklaidymo tyrimus.Ateityje ir toliau tobulinsime šį aspektą, nuolat gerinsime gaminių stabilumą, įgyvendinsime pakartotinį produktų ir technologijų atnaujinimą bei patenkinsime daugiau pramonės šakų poreikius.apdorojimo poreikius
Paskelbimo laikas: 2022-03-10