Предговор
Со зголемената примена на ласерите со влакна, доверливоста на ласерите со влакна привлекува се повеќе и повеќе внимание, вклучувајќи ја веродостојноста на ласерските излезни перформанси, доверливоста на електронските компоненти, доверливоста на оптичките уреди, доверливоста на системите итн.Повеќето од нив се тесно поврзани со топлинските својства на самиот ласер.Покрај тоа, температурата има големо влијание врз перформансите на ласерот, особено излезната моќност и излезната стабилност на ласерот.
Топлината на ласерот со влакна главно доаѓа од изворот на пумпата и празнината на засилување.За изворот на пумпата, неговата ефикасност на конверзија е околу 50%, што исто така значи дека енергија еквивалентна на излезната оптичка моќност се генерира во форма на топлина.Ако топлината не може да се потроши навреме, температурата на внатрешниот чип брзо ќе се зголеми, а централната бранова должина на ласерот ќе се оддалечи како што температурата се зголемува.За празнината на засилување, откако светлото на пумпата ќе влезе во влакното на активно засилување, само дел од него се претвора во ласерски излез, а остатокот од енергијата се претвора во топлинска енергија.Топлинската енергија ќе ја зголеми температурата на медиумот за засилување, што ќе резултира со проширување на флуоресцентниот спектар и краток век на спонтана емисија, а со тоа ќе се намали ефикасноста на конверзија на енергијата.Затоа, термичкиот менаџмент има незанемарливо значење за ласерите со влакна.Во моментов, најчесто користените технологии за термичко управување се главно со воздушно ладење и водено ладење.Меѓу нив, технологијата за дисипација на топлина со воздушно ладење главно се користи кај импулсни ласери со мала моќност и континуирани ласери со мала моќност.Повеќето ласери со влакна со средна и висока моќност користат дисипација на топлина со водено ладење како главна дисипација на топлина.
Два начини за расфрлање на топлината
1. Водно ладење
Како што имплицира името, водното ладење е употреба на вода за одземање на топлина преку разменувач на топлина (како што е плочата за ладење на вода).Нејзиниот принцип на работа е исто така многу едноставен, односно студената вода во чилерот се влева во разменувачот на топлина преку водоводната цевка, а потоа излегува од друга порта на разменувачот на топлина, а потоа тече назад кон чилерот преку цевката за вода. .Топлината се пренесува од внатрешноста на ласерот.
Методот на водено ладење на дисипација на топлина има едноставна структура и е лесен за одржување;капацитетот за дисипација на топлина е силен и температурната униформност е добра.Перформансите на ладење на ласерот може да се подобрат со користење на чилер со поголем капацитет за ладење.Во моментов, на пазарот има повеќе од 500 производители кои интегрираат и продаваат рачни машини за ласерско заварување и тие главно користат водено ладење.Меѓутоа, покрај самиот ласер, рачната машина за ласерско заварување со водено ладење бара и дополнителни чилери и вода, што резултира со значително зголемување на вкупниот волумен и тежина на опремата и ограничена употреба.
2. Воздушно ладење
Во широка смисла, дисипацијата на топлина со воздушно ладење се однесува на употребата на вентилатори за подобрување на конвекцијата на воздухот и целосна размена на топлина во машината.Со подобрувањето на технологијата, големите производители на ласери почнаа да стапнуваат во полето на воздушно ладење и дисипација на топлина.Во јуни минатата година, глобалниот гигант за ласерски влакна I, лансираше производ за рачно ласерско заварување со воздушно ладење LightWELD 1500W;во август, GW ја лансираше интелигентната машина за ласерско заварување со воздушно ладење A1500W во Кина;во октомври, компанијата Reci ја објави и машината за ласерско заварување со воздушно ладење FCA1500.ласерски.
▲ Ласерски заварувач со воздушно ладење: reci, IPG, GW
(Сликата доаѓа од интернет, доколку има некаков прекршок контактирајте не да ја избришеме)
Овие три ласери се главно насочени кон пазарниот сегмент на рачно ласерско заварување.Ласерите со воздушно ладење можат да ја направат работата пофлексибилна и пренослива.Сите три ласери користат дисипација на топлина со воздушно ладење без дополнителна опрема за водено ладење, што ги намалува трошоците.Во исто време, големината и тежината на опремата се значително намалени.Иако и двата се нарекуваат ласери со воздушно ладење, употребените шеми за дисипација на топлина со воздушно ладење се различни, вклучувајќи ладење со вентилатор, ладење на радијаторот на топлинската цевка и ладење и ладење на компресорот.(1) Дисипација на топлина од вентилаторот Во ласерот, топлината што се создава во внатрешноста на изворот на пумпата и празнината на засилувањето се троши со помош на подлога со добра топлинска спроводливост (како бакар, алуминиум нитрид, итн.), а потоа топлината се троши со конвекција.Овој метод се нарекува ладење со конвекција.Конвективниот пренос на топлина може да се подели на природна конвекција и присилна конвекциона дисипација на топлина според движечката сила на протокот на течност.Во отсуство на надворешна сила, само температурната разлика на течноста може да направи течноста да тече спонтано за да спроведе пренос на топлина, што го нарекуваме природна конвекција;кога има надворешна движечка сила, односно течноста се движи од вентилатори, вентилатори и други компоненти.проток, со што се отстранува топлината, го нарекуваме принудна конвекција.Поради екстремно бавната дисипација на топлина и слабиот ефект на природната конвекција, не може целосно да ги исполни барањата за дисипација на топлина на ласерите.Затоа, неопходно е да се додаде вентилатор на целиот систем за ладење за да се забрза протокот на воздух и да се претвори природната конвекција во принудна конвекција.
▲ Принцип на ладење со вентилатор
(2) Радијатор на топлинска цевка за да се исфрла топлината
Дисипацијата на топлина на радијаторот на топлинската цевка значи дека топлинската цевка се потпира на фазната промена на работната течност во себе за да постигне пренос на топлина.Оваа течност има ниска точка на вриење и лесно се испарува.Едниот крај на топлинската цевка е крајот на испарувањето, кој е поврзан со ладилникот во ласерот;другиот крај е кондензациониот крај, кој е поврзан со надворешниот ладилник и вентилаторот.Ѕидот на цевката има фитил што апсорбира течност, кој е составен од капиларни порозни материјали.Кога ласерот се загрева, крајот на испарувањето се загрева, работната течност брзо испарува, пареата тече до крајот на кондензацијата под разликата во притисокот и топлината се ослободува, која се испушта преку вентилаторот;во исто време, пареата повторно се кондензира во течност, а течноста тече назад во делот за испарување низ фитилот.(Ако е гравитациска топлинска цевка, нема фитил, а течноста се прилепува до ѕидот на цевката и тече назад кон долниот дел за испарување со помош на гравитацијата).Овој циклус не запира, а топлината се пренесува од внатрешноста на ласерот кон надвор.
▲ Принцип на дисипација на топлина на радијаторот на топлинската цевка
Системот за рачно ласерско заварување LightWELD 1500 на IPG користи решение за ладење на радијаторот за топлинска цевка.Дизајнот и производството на LightWELD се карактеризира со мала големина и мала тежина, што доведува до нова генерација на промени во сегашната рачна машина за ласерско заварување.Покрај заварувањето, ги реализира и функциите на рачно ласерско заварување и чистење.Рачната машина за ласерско заварување LightWELD го усвојува методот на воздушно ладење, без потрошувачката на енергија што ја бара дополнителната опрема на чилерот, елиминирајќи ги цевките на чилерот, компонентите, врските за контрола и одржување, намалувајќи ги трошоците додека ја зголемува преносливоста и ја подобрува севкупната доверливост на системот.
▲ Систем за рачно ласерско заварување LightWELD 1500
(Сликата доаѓа од интернет, доколку има некаков прекршок контактирајте не да ја избришеме)
(3) Ладење и ладење на компресорот
Принцип на ладење на компресорот и дисипација на топлина: Компресорот го компресира ладилното средство, го претвора разладното средство во гас со висока температура и висок притисок и тече кон надворешниот кондензатор.Гасот со висока температура и висок притисок се кондензира во течност со ниска температура и висок притисок, а топлината што се создава од втечнувањето се испушта од машината со вентилаторот.Течното ладилно средство за ладење со ниска температура и висок притисок се намалува притисокот преку експанзиониот вентил и станува состојба на ниска температура, низок притисок, лесно испарувачка и тече до внатрешниот испарувач.Испарувачот апсорбира топлина за да ја намали внатрешната температура на ласерот за да постигне ефект на ладење, а потоа ладилното средство испарува во гас со висока температура и низок притисок.Гасната течност за ладење испарувана од испарувачот повторно се компресира од компресорот и циркулира напред-назад, со што се реализира дисипација на топлина во машината.
▲ Принцип на ладење на компресорот и дисипација на топлина
Паметната рачна машина за заварување со воздушно ладење A1500W, лансирана од GW Laser, ја користи шемата за ладење на компресорот и дисипација на топлина.GW Laser се фокусира на континуирано истражување и иновација на технологијата 976nm
Во комбинација со високата фотоелектрична ефикасност на конверзија од 976 nm, креативно го реши проблемот со капацитетот за ладење со воздушно ладење и ја лансираше првата технологија со воздушно ладење 976 nm во индустријата, која ги реши проблемите со потрошувачката на енергија и преносливоста и уште еднаш ја предводеше технолошки развојна насока на фибер ласери.Овој модел ја реализираше функцијата три во едно за заварување, сечење и чистење.
▲ GW Ласерски A1500W паметен рачен заварувач со воздушно ладење
Споредба на неколку методи за ладење
Структурата на ладењето на вентилаторот е релативно едноставна.Едноставно ја шири топлината во ладилникот до ладилникот, а потоа ја користи температурната разлика помеѓу ладилникот и амбиенталниот воздух за да ја исфрли топлината преку присилна конвекција на вентилаторот.Кога температурата на околината е превисока во лето, температурната разлика помеѓу ладилникот и воздухот е премала, а капацитетот за дисипација на топлина значително ќе се намали.Може само пасивно да ја исфрла топлината, е под големо влијание на околината и не може точно да ја контролира температурата.Предноста е што целокупната опрема и контролниот систем се едноставни.
Во споредба со едноставниот метод за ладење со вентилатор, радијаторот на топлинската цевка има повеќе топлински цевки, така што неговата структура е релативно комплицирана.Се потпира на испарувањето и кондензацијата на работниот материјал за брзо пренесување на топлината од ладилникот до ладилникот и потоа да ја исфрли топлината во воздухот преку вентилаторот.Припаѓа и на пасивната дисипација на топлина, која не може прецизно да ја контролира температурата и е многу вознемирена од околната температура.
Шемата за ладење и дисипација на топлина на компресорот припаѓа на активна дисипација на топлина.Поради постоењето на компресорот и експанзиониот вентил, температурата може прецизно да се контролира со прилагодување на протокот и притисокот на разладното средство.Во исто време, температурата на ладилното средство во кондензаторот е повисока од онаа на ладилникот, што е погодно за брзо создавање топлина.се пренесува во воздухот.Неговиот контролен систем е покомплициран;во исто време, бидејќи неговата структура е многу посложена од горенаведените две шеми, обемот и тежината на опремата исто така се зголемуваат соодветно.
Повеќето од традиционалните ласери со влакна користат водено ладење за да ја исфрлат топлината.Прво, водата се лади со ладење на компресорот, а потоа ласерот се лади со вода.Шемата за дисипација на топлина со воздушно ладење на Guanghui Laser директно користи компресорско ладење за ладење на ласерот, напуштајќи го постоењето на вода и елиминирајќи ја врската за средно пренос на топлина, така што ефикасноста на дисипација на топлина е поголема, а волуменот и тежината може да се направат помали.
Во лабораторијата, ние користиме тест кутија за константна температура и влажност за да поставиме 35°C за да ја симулираме околината за употреба на висока температура во лето и да ја тестираме промената на температурата на влакното на внатрешното засилување на ласерот со различни шеми за воздушно ладење под услов со целосна моќност од 1500 W..Од експерименталните податоци, може јасно да се види дека температурата на влакната експоненцијално се зголемува во првите неколку минути и се стабилизира околу 10 минути.Поради ефектот на ладење на компресорот, ласерот може активно да се лади, така што температурата може да се контролира под 60 °C, а промената на температурата е релативно стабилна;додека другите две можат да се потпрат само на пасивна дисипација на топлина, така што внатрешната температура е малку повисока од онаа на шемата за ладење на компресорот;, Поради високата ефикасност на пренос на топлина на топлинската цевка, топлината може добро да се извезува од внатрешноста на ласерот, така што неговата внатрешна температура е пониска од онаа на чист вентилатор, а порастот на температурата е поблаг.
▲ Температурата се менува со времето кога ласерот дава ласер од 1,5 kW со различни шеми за воздушно ладење
(лабораториски податоци, може да има отстапувања од вистинската употреба на терен)
Епилог
Во областа на ласерите со влакна, GW Laser отсекогаш цели кон глобалниот ласерски гигант IPG.Уникатната предност на брендот на Guanghui е да создава производи со воен квалитет.Пред многу години, GW Laser започна да организира научно-истражувачки сили за да спроведува континуирано истражување во воздушното ладење и дисипација на топлина.Во иднина ќе продолжиме да го подобруваме овој аспект, континуирано да ја подобруваме стабилноста на производите, да реализираме итеративна надградба на производите и технологиите и да ги задоволиме потребите на повеќе индустрии.потребите за обработка
Време на објавување: Мар-10-2022 година