Voorwoord
Met de toenemende toepassing van fiberlasers heeft de betrouwbaarheid van fiberlasers steeds meer aandacht getrokken, inclusief de betrouwbaarheid van laseruitvoerprestaties, de betrouwbaarheid van elektronische componenten, de betrouwbaarheid van optische apparaten, de betrouwbaarheid van systemen, enz. Wacht.De meeste hiervan houden nauw verband met de thermische eigenschappen van de laser zelf.Bovendien heeft de temperatuur een grote invloed op de prestaties van de laser, met name het uitgangsvermogen en de uitgangsstabiliteit van de laser.
De warmte van de fiberlaser komt voornamelijk van de pompbron en de versterkingsholte.Voor de pompbron is de conversie-efficiëntie ongeveer 50%, wat ook betekent dat een energie-equivalent aan het optische uitgangsvermogen wordt gegenereerd in de vorm van warmte.Als de warmte niet op tijd kan worden afgevoerd, zal de temperatuur van de interne chip snel stijgen en zal de middengolflengte van de laser verschuiven naarmate de temperatuur stijgt.Voor de versterkingsholte, nadat het pomplicht de actieve versterkingsvezel binnengaat, wordt slechts een deel ervan omgezet in laseroutput en de rest van de energie wordt omgezet in warmte-energie.Thermische energie verhoogt de temperatuur van het versterkingsmedium, wat resulteert in een verbreding van het fluorescentiespectrum en een korte levensduur van spontane emissie, waardoor de energieconversie-efficiëntie wordt verminderd.Daarom heeft thermisch beheer een niet te verwaarlozen betekenis voor fiberlasers.Momenteel zijn de veelgebruikte technologieën voor thermisch beheer voornamelijk luchtgekoeld en watergekoeld.Onder hen wordt de luchtgekoelde warmteafvoertechnologie voornamelijk gebruikt in gepulseerde lasers met laag vermogen en continue lasers met laag vermogen.De meeste medium- en high-power fiberlasers gebruiken watergekoelde warmteafvoer als de belangrijkste warmteafvoer.
Twee manieren om warmte af te voeren
1. Waterkoeling
Zoals de naam al aangeeft, is waterkoeling het gebruik van water om warmte af te voeren via een warmtewisselaar (zoals een waterkoelplaat).Het werkingsprincipe is ook heel eenvoudig, dat wil zeggen dat het koude water in de koelmachine via de waterleiding in de warmtewisselaar stroomt, vervolgens uit een andere poort van de warmtewisselaar komt en vervolgens via de waterleiding terugstroomt naar de koelmachine. .Warmte wordt afgevoerd van de binnenkant van de laser.
De watergekoelde warmteafvoermethode heeft een eenvoudige structuur en is gemakkelijk te onderhouden;de warmteafvoercapaciteit is sterk en de temperatuuruniformiteit is goed.De koelprestaties van de laser kunnen worden verbeterd door gebruik te maken van een chiller met een grotere koelcapaciteit.Momenteel zijn er meer dan 500 fabrikanten die draagbare laserlasmachines op de markt integreren en verkopen, en ze gebruiken over het algemeen waterkoeling.Naast de laser zelf heeft het draagbare laserlasapparaat met waterkoeling echter ook extra koelmachines en water nodig, wat resulteert in een aanzienlijke toename van het totale volume en het gewicht van de apparatuur, en in beperkte gebruiksomgevingen.
2. Luchtkoeling
In brede zin verwijst luchtgekoelde warmteafvoer naar het gebruik van ventilatoren om de luchtconvectie en volledige warmte-uitwisseling in de machine te verbeteren.Met de verbetering van de technologie zijn grote laserfabrikanten begonnen voet aan de grond te krijgen op het gebied van luchtkoeling en warmteafvoer.In juni vorig jaar lanceerde de wereldwijde fiberlasergigant I het luchtgekoelde LightWELD 1500W handheld laserlasproduct;in augustus lanceerde GW de luchtgekoelde A1500W intelligente laserlasmachine in China;in oktober bracht het bedrijf Reci ook de FCA1500 luchtgekoelde laserlasmachine uit.laser.
▲ Luchtgekoelde laserlasser: reci、IPG、GW
(De foto komt van internet, als er een inbreuk is, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen)
Deze drie lasers zijn met name gericht op het marktsegment van handlaserlassen.Luchtgekoelde lasers kunnen het werk flexibeler en draagbaarder maken.Alle drie de lasers maken gebruik van luchtgekoelde warmteafvoer zonder extra waterkoelingsapparatuur, wat de kosten verlaagt.Tegelijkertijd worden de grootte en het gewicht van de apparatuur aanzienlijk verminderd.Hoewel ze beide luchtgekoelde lasers worden genoemd, zijn de gebruikte luchtgekoelde warmtedissipatieschema's verschillend, waaronder ventilatorkoeling, heatpipe-radiatorkoeling en compressorkoeling en -koeling.(1) Ventilator warmteafvoer In de laser wordt de warmte die wordt gegenereerd in de pompbron en versterkingsholte afgevoerd met behulp van een substraat met goede thermische geleidbaarheid (zoals koper, aluminiumnitride, enz.), en vervolgens wordt de warmte afgevoerd door convectie.Deze methode wordt convectiekoeling genoemd.Convectieve warmteoverdracht kan worden onderverdeeld in natuurlijke convectie en geforceerde convectie warmteafvoer volgens de drijvende kracht van de vloeistofstroom.Bij afwezigheid van externe kracht kan alleen het temperatuurverschil van de vloeistof de vloeistof spontaan laten stromen om warmteoverdracht uit te voeren, wat we natuurlijke convectie noemen;wanneer er een externe drijvende kracht is, dat wil zeggen dat de vloeistof wordt aangedreven door ventilatoren, ventilatoren en andere componenten.stroom, waardoor warmte wordt afgevoerd, noemen we het geforceerde convectie.Vanwege de extreem langzame warmteafvoer en het slechte effect van natuurlijke convectie, kan het niet volledig voldoen aan de warmteafvoervereisten van lasers.Daarom is het noodzakelijk om een ventilator toe te voegen aan het gehele koelsysteem om de luchtstroom te versnellen en natuurlijke convectie om te zetten in geforceerde convectie.
▲ Ventilator koelprincipe
(2) Heatpipe-radiator om warmte af te voeren
De warmteafvoer van de heatpipe-radiator betekent dat de heatpipe afhankelijk is van de faseverandering van de werkvloeistof in zichzelf om warmteoverdracht te bereiken.Deze vloeistof heeft een laag kookpunt en is gemakkelijk te vervluchtigen.Het ene uiteinde van de warmtepijp is het verdampingsuiteinde, dat is verbonden met het koellichaam in de laser;het andere uiteinde is het condensatie-uiteinde, dat is verbonden met het externe koellichaam en de ventilator.De buiswand heeft een vloeistofabsorberende pit, die is samengesteld uit capillair poreuze materialen.Wanneer de laser wordt verwarmd, wordt het verdampende uiteinde verwarmd, de werkvloeistof verdampt snel, de stoom stroomt naar het condenserende uiteinde onder het drukverschil en de warmte komt vrij, die wordt afgevoerd door de ventilator;tegelijkertijd condenseert de stoom weer tot vloeistof en stroomt de vloeistof via de pit terug naar het verdampingsgedeelte.(Als het een zwaartekracht-warmtepijp is, is er geen pit en hecht de vloeistof zich aan de buiswand en stroomt door de zwaartekracht terug naar het onderste verdampingsgedeelte).Deze cyclus stopt niet en de warmte wordt overgedragen van de binnenkant van de laser naar de buitenkant.
▲ Warmteafvoerprincipe van heatpipe-radiator
IPG's LightWELD 1500 handlaserlassysteem maakt gebruik van een heatpipe-radiatorkoeloplossing.Het ontwerp en de fabricage van LightWELD worden gekenmerkt door kleine afmetingen en een laag gewicht, wat leidt tot een nieuwe generatie veranderingen in de huidige draagbare laserlasmachine.Naast lassen realiseert het ook de functies van handlaserlassen en reinigen.De LightWELD draagbare laserlasmachine maakt gebruik van de luchtkoelingsmethode, zonder het stroomverbruik dat vereist is voor extra koelapparatuur, waardoor de koelmachineleidingen, componenten, besturings- en onderhoudskoppelingen worden geëlimineerd, de kosten worden verlaagd, de draagbaarheid wordt vergroot en de algehele betrouwbaarheid van het systeem wordt verbeterd.
▲ LightWELD 1500 handlaserlassysteem
(De foto komt van internet, als er een inbreuk is, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen)
(3) Compressorkoeling en koeling
Compressorkoeling en warmteafvoerprincipe: de compressor comprimeert het koelmiddel, verandert het koelmiddel in een gas met hoge temperatuur en hoge druk en stroomt naar de externe condensor.Het gas met hoge temperatuur en hoge druk wordt gecondenseerd tot een vloeistof met lage temperatuur en hoge druk, en de door het vloeibaar maken gegenereerde warmte wordt met de ventilator uit de machine afgevoerd.Het vloeibare koelmiddel met lage temperatuur en hoge druk wordt drukloos gemaakt door het expansieventiel en wordt een toestand van lage temperatuur, lage druk, gemakkelijk te verdampen, en stroomt naar de interne verdamper.De verdamper absorbeert warmte om de interne temperatuur van de laser te verlagen om het effect van koeling te bereiken, waarna het koelmiddel verdampt tot een gas met hoge temperatuur en lage druk.Het door de verdamper verdampte gasvormige koelmiddel wordt opnieuw door de compressor gecomprimeerd en circuleert heen en weer, waardoor de warmteafvoer in de machine wordt gerealiseerd.
▲ Compressorkoeling en warmteafvoerprincipe
Het A1500W slimme luchtgekoelde draagbare lasapparaat gelanceerd door GW Laser maakt gebruik van het compressorkoel- en warmteafvoerschema.GW Laser richt zich op de voortdurende verkenning en innovatie van 976nm-technologie
Gecombineerd met de hoge foto-elektrische conversie-efficiëntie van 976nm, loste het op creatieve wijze het probleem van luchtgekoelde koelcapaciteit op en lanceerde het de eerste luchtgekoelde 976nm-technologie in de industrie, die de problemen van stroomverbruik en draagbaarheid oploste, en opnieuw leidde de technologische ontwikkelingsrichting van fiberlasers.Dit model heeft de drie-in-één functie van lassen, snijden en reinigen gerealiseerd.
▲ GW Laser A1500W Smart luchtgekoelde handlasser
Vergelijking van verschillende koelmethodes
De structuur van ventilatorkoeling is relatief eenvoudig.Het verspreidt eenvoudigweg de warmte in het koellichaam naar het koellichaam en gebruikt vervolgens het temperatuurverschil tussen het koellichaam en de omgevingslucht om warmte af te voeren door geforceerde convectie van de ventilator.Wanneer de omgevingstemperatuur in de zomer te hoog is, is het temperatuurverschil tussen het koellichaam en de lucht te klein en wordt de warmteafvoercapaciteit sterk verminderd.Het kan alleen passief warmte afvoeren, wordt sterk beïnvloed door de omgeving en kan de temperatuur niet nauwkeurig regelen.Het voordeel is dat de algehele uitrusting en het besturingssysteem eenvoudig zijn.
Vergeleken met de eenvoudige ventilatorkoelmethode heeft de heatpipe-radiator meer heatpipes, dus de structuur is relatief gecompliceerd.Het is afhankelijk van de verdamping en condensatie van het werkmateriaal om snel warmte over te dragen van het koellichaam naar het koellichaam en vervolgens de warmte via de ventilator in de lucht af te voeren.Het behoort ook tot passieve warmteafvoer, die de temperatuur niet nauwkeurig kan regelen en sterk wordt verstoord door de omgevingstemperatuur.
Het schema voor koeling en warmteafvoer van de compressor behoort tot actieve warmteafvoer.Door de aanwezigheid van de compressor en het expansieventiel kan de temperatuur nauwkeurig worden geregeld door het debiet en de druk van het koelmiddel aan te passen.Tegelijkertijd is de temperatuur van het koelmiddel in de condensor hoger dan die van het koellichaam, wat bevorderlijk is voor een snelle warmteontwikkeling.doorgegeven aan de lucht.Het controlesysteem is ingewikkelder;tegelijkertijd, omdat de structuur veel gecompliceerder is dan de twee bovenstaande schema's, worden ook het volume en het gewicht van de apparatuur dienovereenkomstig verhoogd.
De meeste traditionele fiberlasers gebruiken waterkoeling om warmte af te voeren.Eerst wordt het water gekoeld door compressorkoeling en vervolgens wordt de laser gekoeld door water.Het luchtgekoelde warmteafvoerschema van Guanghui Laser maakt direct gebruik van compressorkoeling om de laser af te koelen, waarbij het bestaan van water wordt opgegeven en de tussenliggende warmteoverdrachtslink wordt geëlimineerd, zodat de warmteafvoerefficiëntie hoger is en het volume en het gewicht kleiner kunnen worden gemaakt.
In het laboratorium gebruiken we een testbox met constante temperatuur en vochtigheid om 35 ° C in te stellen om de gebruiksomgeving met hoge temperaturen in de zomer te simuleren, en testen we de temperatuurverandering van de interne versterkingsvezel van de laser met verschillende luchtkoelingsschema's onder de voorwaarde van volledig vermogen van 1500 W..Uit de experimentele gegevens blijkt duidelijk dat de vezeltemperatuur in de eerste paar minuten exponentieel toeneemt en rond 10 minuten stabiliseert.Door het koeleffect van de compressor kan de laser actief worden gekoeld, zodat de temperatuur onder 60 °C kan worden geregeld en de temperatuurverandering relatief stabiel is;terwijl de andere twee alleen kunnen vertrouwen op passieve warmteafvoer, dus de interne temperatuur is iets hoger dan die van het compressorkoelschema;, Vanwege de hoge warmteoverdrachtsefficiëntie van de warmtepijp kan de warmte goed worden geëxporteerd vanuit de binnenkant van de laser, dus de interne temperatuur is lager dan die van een pure ventilator en de temperatuurstijging is zachter.
▲ De temperatuurverandering met de tijd wanneer de laser een laser van 1,5 kW uitvoert met verschillende luchtkoelingsschema's
(laboratoriumgegevens, er kunnen afwijkingen zijn van het daadwerkelijke veldgebruik)
Epiloog
Op het gebied van fiberlasers heeft GW Laser zich altijd gericht op de wereldwijde lasergigant IPG.Het is het unieke merkvoordeel van Guanghui om producten met militaire kwaliteit te creëren.Vele jaren geleden begon GW Laser wetenschappelijke onderzoekskrachten te organiseren om continu onderzoek te doen naar luchtkoeling en warmteafvoer.In de toekomst zullen we dit aspect blijven verbeteren, de stabiliteit van producten voortdurend verbeteren, iteratieve upgrades van producten en technologieën realiseren en voldoen aan de behoeften van meer industrieën.verwerkingsbehoeften
Posttijd: 10 maart 2022