Priekšvārds
Pieaugot šķiedru lāzeru pielietojumam, šķiedru lāzeru uzticamība ir piesaistījusi arvien lielāku uzmanību, tostarp lāzera izvades veiktspējas uzticamība, elektronisko komponentu uzticamība, optisko ierīču uzticamība, sistēmu uzticamība utt. Pagaidiet.Lielākā daļa no tām ir cieši saistītas ar paša lāzera termiskajām īpašībām.Turklāt temperatūrai ir liela ietekme uz lāzera veiktspēju, īpaši lāzera izejas jaudu un izejas stabilitāti.
Šķiedru lāzera siltums galvenokārt nāk no sūkņa avota un pastiprinājuma dobuma.Sūkņa avotam tā konversijas efektivitāte ir aptuveni 50%, kas nozīmē arī to, ka siltuma veidā tiek ģenerēta enerģija, kas līdzvērtīga izejas optiskajai jaudai.Ja siltumu nevar laicīgi izkliedēt, iekšējās mikroshēmas temperatūra strauji paaugstināsies, un, paaugstinoties temperatūrai, lāzera centra viļņa garums novirzīsies.Pastiprinājuma dobumā pēc tam, kad sūkņa gaisma nonāk aktīvajā pastiprinājuma šķiedrā, tikai daļa no tās tiek pārvērsta lāzera izvadē, bet pārējā enerģija tiek pārvērsta siltumenerģijā.Siltumenerģija paaugstinās pastiprināšanas vides temperatūru, kā rezultātā paplašināsies fluorescences spektrs un īss spontānās emisijas kalpošanas laiks, tādējādi samazinot enerģijas pārveidošanas efektivitāti.Tāpēc siltuma pārvaldībai ir nenozīmīga nozīme šķiedru lāzeriem.Pašlaik plaši izmantotās siltuma pārvaldības tehnoloģijas galvenokārt ir gaisa un ūdens dzesēšanas.Tostarp gaisa dzesēšanas siltuma izkliedes tehnoloģiju galvenokārt izmanto mazjaudas impulsu lāzeros un mazjaudas nepārtrauktajos lāzeros.Lielākā daļa vidējas un lielas jaudas šķiedru lāzeru izmanto ar ūdeni dzesētu siltuma izkliedi kā galveno siltuma izkliedi.
Divi veidi, kā izkliedēt siltumu
1. Ūdens dzesēšana
Kā norāda nosaukums, ūdens dzesēšana ir ūdens izmantošana siltuma atdalīšanai caur siltummaini (piemēram, ūdens dzesēšanas plāksni).Arī tā darbības princips ir ļoti vienkāršs, tas ir, aukstais ūdens dzesētājā pa ūdens cauruli ieplūst siltummainī un pēc tam izplūst no citas siltummaiņa pieslēgvietas un pēc tam caur ūdens cauruli plūst atpakaļ uz dzesētāju. .Siltums tiek aizvadīts no lāzera iekšpuses.
Ūdens dzesēšanas siltuma izkliedes metodei ir vienkārša struktūra un to ir viegli uzturēt;siltuma izkliedes jauda ir spēcīga un temperatūras vienmērība ir laba.Lāzera dzesēšanas veiktspēju var uzlabot, izmantojot dzesētāju ar lielāku dzesēšanas jaudu.Pašlaik tirgū ir vairāk nekā 500 ražotāju, kas integrē un pārdod rokas lāzera metināšanas iekārtas, un tie parasti izmanto ūdens dzesēšanu.Tomēr, papildus pašam lāzeram, rokas lāzermetināšanas iekārtai ar ūdens dzesēšanu ir nepieciešami arī papildu dzesētāji un ūdens, kā rezultātā ievērojami palielinās iekārtas kopējais tilpums un svars, kā arī ierobežota lietošanas vide.
2. Gaisa dzesēšana
Plašā nozīmē gaisa dzesēšanas siltuma izkliedēšana attiecas uz ventilatoru izmantošanu, lai uzlabotu gaisa konvekciju un pilnīgu siltuma apmaiņu iekārtas iekšienē.Uzlabojoties tehnoloģijām, lielākie lāzeru ražotāji ir sākuši spert savu kāju gaisa dzesēšanas un siltuma izkliedes jomā.Pagājušā gada jūnijā globālais šķiedru lāzera gigants I uzņēmums laida klajā ar gaisu dzesējamu LightWELD 1500W rokas lāzermetināšanas produktu;augustā GW Ķīnā laida klajā ar gaisu dzesētu A1500W viedo lāzermetināšanas iekārtu;oktobrī uzņēmums Reci izlaida arī lāzermetināšanas iekārtu FCA1500 ar gaisa dzesēšanu.lāzers.
▲ Gaisa dzesēšanas lāzermetinātājs: reci, IPG, GW
(Attēls nāk no interneta, ja ir kāds pārkāpums, lūdzu, sazinieties ar mums, lai to izdzēstu)
Šie trīs lāzeri galvenokārt ir paredzēti rokas lāzermetināšanas tirgus segmentam.Gaisa dzesēšanas lāzeri var padarīt darbu elastīgāku un pārnēsājamāku.Visi trīs lāzeri izmanto gaisa dzesēšanas siltuma izkliedi bez papildu ūdens dzesēšanas aprīkojuma, kas samazina izmaksas.Tajā pašā laikā ievērojami samazinās aprīkojuma izmērs un svars.Lai gan tos abus sauc par gaisa dzesēšanas lāzeriem, izmantotās gaisa dzesēšanas siltuma izkliedes shēmas ir atšķirīgas, tostarp ventilatora dzesēšana, siltuma caurules radiatora dzesēšana un kompresora dzesēšana un dzesēšana.(1) Ventilatora siltuma izkliede Lāzerā siltums, kas rodas sūkņa avota un pastiprinājuma dobumā, tiek izkliedēts, izmantojot substrātu ar labu siltumvadītspēju (piemēram, varu, alumīnija nitrīdu utt.), un pēc tam siltums tiek izkliedēts konvekcijas ceļā.Šo metodi sauc par konvekcijas dzesēšanu.Konvektīvo siltuma pārnesi var iedalīt dabiskajā konvekcijā un piespiedu konvekcijas siltuma izkliedē atbilstoši šķidruma plūsmas virzītājspēkam.Ja nav ārēja spēka, tikai šķidruma temperatūras starpība var likt šķidrumam spontāni plūst, lai veiktu siltuma pārnesi, ko mēs saucam par dabisko konvekciju;ja ir ārējs dzinējspēks, tas ir, šķidrumu darbina ventilatori, ventilatori un citas sastāvdaļas.plūsmu, tādējādi noņemot siltumu, mēs to saucam par piespiedu konvekciju.Īpaši lēnās siltuma izkliedes un dabiskās konvekcijas sliktā efekta dēļ tas nevar pilnībā izpildīt lāzeru siltuma izkliedes prasības.Tāpēc ir nepieciešams pievienot ventilatoru visai dzesēšanas sistēmai, lai paātrinātu gaisa plūsmu un pārvērstu dabisko konvekciju par piespiedu konvekciju.
▲ Ventilatora dzesēšanas princips
(2) Siltuma caurules radiators siltuma izkliedēšanai
Siltuma caurules radiatora siltuma izkliede nozīmē, ka siltuma caurule paļaujas uz darba šķidruma fāzes maiņu sevī, lai panāktu siltuma pārnesi.Šim šķidrumam ir zems viršanas punkts, un tas ir viegli iztvaikojams.Viens siltuma caurules gals ir iztvaikošanas gals, kas ir savienots ar siltuma izlietni lāzera iekšpusē;otrs gals ir kondensācijas gals, kas ir savienots ar ārējo siltuma izlietni un ventilatoru.Caurules sieniņai ir šķidrumu absorbējošs dakts, kas sastāv no kapilāri porainiem materiāliem.Kad lāzers tiek uzkarsēts, iztvaicēšanas gals tiek uzkarsēts, darba šķidrums ātri iztvaiko, tvaiks zem spiediena starpības plūst uz kondensācijas galu, un tiek atbrīvots siltums, kas tiek izvadīts caur ventilatoru;tajā pašā laikā tvaiks atkal kondensējas šķidrumā, un šķidrums caur dakts plūst atpakaļ uz iztvaikošanas sekciju.(Ja tā ir gravitācijas siltuma caurule, dakts nav, un šķidrums pielīp pie caurules sieniņas un gravitācijas ietekmē plūst atpakaļ uz apakšējo iztvaikošanas sekciju).Šis cikls neapstājas, un siltums tiek pārnests no lāzera iekšpuses uz ārpusi.
▲ Siltuma caurules radiatora siltuma izkliedes princips
IPG rokas lāzermetināšanas sistēma LightWELD 1500 izmanto siltuma caurules radiatora dzesēšanas risinājumu.LightWELD dizainu un ražošanu raksturo mazs izmērs un viegls svars, kas rada jaunas paaudzes izmaiņas pašreizējā rokas lāzera metināšanas aparātā.Papildus metināšanai tā realizē arī rokas lāzermetināšanas un tīrīšanas funkcijas.LightWELD rokas lāzermetināšanas iekārta izmanto gaisa dzesēšanas metodi, neizmantojot papildu dzesētāja aprīkojumam nepieciešamo enerģijas patēriņu, likvidējot dzesētāja cauruļvadus, sastāvdaļas, vadības un apkopes saites, samazinot izmaksas, vienlaikus palielinot pārnesamību un uzlabojot sistēmas vispārējo uzticamību.
▲ LightWELD 1500 rokas lāzermetināšanas sistēma
(Attēls nāk no interneta, ja ir kāds pārkāpums, lūdzu, sazinieties ar mums, lai to izdzēstu)
(3) Kompresora dzesēšana un dzesēšana
Kompresora dzesēšanas un siltuma izkliedes princips: kompresors saspiež dzesējošo vielu, pārvērš aukstumaģentu augstas temperatūras un augsta spiediena gāzē un plūst uz ārējo kondensatoru.Augstas temperatūras un augsta spiediena gāze tiek kondensēta zemas temperatūras un augsta spiediena šķidrumā, un sašķidrināšanas radītais siltums tiek izvadīts no iekārtas ar ventilatoru.Zemas temperatūras un augstspiediena šķidrā aukstumaģenta spiediens tiek pazemināts caur izplešanās vārstu un kļūst par zemas temperatūras, zema spiediena, viegli iztvaicējamu stāvokli un plūst uz iekšējo iztvaicētāju.Iztvaicētājs absorbē siltumu, lai samazinātu lāzera iekšējo temperatūru, lai panāktu dzesēšanas efektu, un pēc tam aukstumaģents iztvaiko augstas temperatūras un zema spiediena gāzē.Iztvaicētāja iztvaikotais gāzes dzesētājs atkal tiek saspiests ar kompresoru un cirkulē uz priekšu un atpakaļ, kas realizē siltuma izkliedi iekārtas iekšpusē.
▲ Kompresora dzesēšanas un siltuma izkliedes princips
A1500W viedā ar gaisu dzesējamā rokas metināšanas iekārta, ko izlaidusi GW Laser, izmanto kompresora dzesēšanas un siltuma izkliedes shēmu.GW Laser koncentrējas uz nepārtrauktu 976 nm tehnoloģiju izpēti un jauninājumiem
Apvienojumā ar augsto fotoelektriskās pārveidošanas efektivitāti 976 nm, tas radoši atrisināja gaisa dzesēšanas dzesēšanas jaudas problēmu un ieviesa nozarē pirmo gaisa dzesēšanas 976 nm tehnoloģiju, kas atrisināja enerģijas patēriņa un pārnesamības problēmas un atkal vadīja šķiedru lāzeru tehnoloģiskās attīstības virziens.Šis modelis ir īstenojis metināšanas, griešanas un tīrīšanas funkciju trīs vienā.
▲ GW Laser A1500W viedais rokas metinātājs ar gaisa dzesēšanu
Vairāku dzesēšanas metožu salīdzinājums
Ventilatora dzesēšanas struktūra ir salīdzinoši vienkārša.Tas vienkārši izplata siltuma izlietnē esošo siltumu uz radiatoru un pēc tam izmanto temperatūras starpību starp radiatoru un apkārtējo gaisu, lai izkliedētu siltumu ar ventilatora piespiedu konvekciju.Ja apkārtējā temperatūra vasarā ir pārāk augsta, temperatūras starpība starp siltuma izlietni un gaisu ir pārāk maza, un siltuma izkliedes jauda tiks ievērojami samazināta.Tas var tikai pasīvi izkliedēt siltumu, to lielā mērā ietekmē vide, un tas nevar precīzi kontrolēt temperatūru.Priekšrocība ir tāda, ka kopējais aprīkojums un vadības sistēma ir vienkārša.
Salīdzinot ar vienkāršo ventilatora dzesēšanas metodi, siltuma caurules radiatoram ir vairāk siltuma cauruļu, tāpēc tā struktūra ir salīdzinoši sarežģīta.Tas balstās uz darba materiāla iztvaikošanu un kondensāciju, lai ātri pārnestu siltumu no siltuma izlietnes uz dzesētāju un pēc tam izkliedētu siltumu gaisā caur ventilatoru.Tas pieder arī pasīvajai siltuma izkliedei, kas nevar precīzi kontrolēt temperatūru un to ļoti traucē apkārtējā temperatūra.
Kompresora dzesēšanas un siltuma izkliedes shēma pieder pie aktīvas siltuma izkliedes.Pateicoties kompresora un izplešanās vārsta esamībai, temperatūru var precīzi kontrolēt, regulējot aukstumaģenta plūsmu un spiedienu.Tajā pašā laikā aukstumaģenta temperatūra kondensatorā ir augstāka nekā siltuma izlietnē, kas veicina ātru siltuma veidošanos.pārraidīts gaisā.Tā vadības sistēma ir sarežģītāka;tajā pašā laikā, tā kā tās struktūra ir daudz sarežģītāka nekā iepriekšminētās divas shēmas, attiecīgi tiek palielināts arī iekārtas apjoms un svars.
Lielākā daļa tradicionālo šķiedru lāzeru siltuma izkliedēšanai izmanto ūdens dzesēšanu.Vispirms ūdeni atdzesē ar kompresora dzesēšanu, un pēc tam lāzeru atdzesē ar ūdeni.Guanghui Laser gaisa dzesēšanas siltuma izkliedes shēma tieši izmanto kompresora dzesēšanu, lai atdzesētu lāzeru, atsakoties no ūdens esamības un likvidējot starpposma siltuma pārneses saiti, tāpēc siltuma izkliedes efektivitāte ir augstāka, un tilpumu un svaru var samazināt.
Laboratorijā mēs izmantojam nemainīgas temperatūras un mitruma pārbaudes kārbu, lai iestatītu 35 ° C, lai modelētu augstas temperatūras lietošanas vidi vasarā, un pārbaudītu lāzera iekšējās pastiprinājuma šķiedras temperatūras izmaiņas ar dažādām gaisa dzesēšanas shēmām apstākļos. ar pilnu 1500 W jaudu..No eksperimentālajiem datiem var skaidri redzēt, ka šķiedras temperatūra eksponenciāli palielinās pirmajās minūtēs un stabilizējas aptuveni 10 minūtēs.Pateicoties kompresora dzesēšanas efektam, lāzeru var aktīvi atdzesēt, tādējādi temperatūru var kontrolēt zem 60 °C, un temperatūras izmaiņas ir salīdzinoši stabilas;savukārt pārējās divas var paļauties tikai uz pasīvo siltuma izkliedi, tāpēc iekšējā temperatūra ir nedaudz augstāka nekā kompresora dzesēšanas shēmā;, Pateicoties siltuma caurules augstajai siltuma pārneses efektivitātei, siltumu var labi eksportēt no lāzera iekšpuses, tāpēc tā iekšējā temperatūra ir zemāka nekā tīram ventilatoram, un temperatūras paaugstināšanās ir maigāka.
▲ Temperatūras izmaiņas laikā, kad lāzers izdod 1,5 kW lāzeru ar dažādām gaisa dzesēšanas shēmām
(laboratorijas dati, var būt novirzes no faktiskās izmantošanas lauka)
Epilogs
Šķiedru lāzeru jomā GW Laser vienmēr ir bijis vērsts uz globālo lāzeru gigantu IPG.Tā ir unikāla Guanghui zīmola priekšrocība, lai radītu militāras kvalitātes produktus.Pirms daudziem gadiem GW Laser sāka organizēt zinātniskās pētniecības spēkus, lai veiktu nepārtrauktu gaisa dzesēšanas un siltuma izkliedes izpēti.Nākotnē mēs turpināsim uzlabot šo aspektu, nepārtraukti uzlabosim produktu stabilitāti, veiksim iteratīvu produktu un tehnoloģiju jaunināšanu un apmierināsim vairāku nozaru vajadzības.apstrādes vajadzības
Izsūtīšanas laiks: 10.03.2022