Forord
Med den økende bruken av fiberlasere, har påliteligheten til fiberlasere tiltrukket seg mer og mer oppmerksomhet, inkludert påliteligheten til laserutgangsytelsen, påliteligheten til elektroniske komponenter, påliteligheten til optiske enheter, påliteligheten til systemene, etc. Vent.De fleste av disse er nært knyttet til de termiske egenskapene til selve laseren.I tillegg har temperaturen stor innflytelse på ytelsen til laseren, spesielt utgangseffekten og utgangsstabiliteten til laseren.
Varmen til fiberlaseren kommer hovedsakelig fra pumpekilden og forsterkningshulrommet.For pumpekilden er konverteringseffektiviteten ca. 50 %, noe som også betyr at det genereres en energi tilsvarende den utgående optiske effekten i form av varme.Hvis varmen ikke kan spres i tide, vil temperaturen på den interne brikken stige raskt, og laserens senterbølgelengde vil drifte når temperaturen stiger.For forsterkningshulrommet, etter at pumpelyset kommer inn i den aktive forsterkningsfiberen, blir bare en del av det omdannet til laserutgang, og resten av energien omdannes til varmeenergi.Termisk energi vil øke temperaturen på forsterkningsmediet, noe som resulterer i utvidelse av fluorescensspekteret og en kort levetid for spontan emisjon, og dermed redusere energiomdannelseseffektiviteten.Derfor har termisk styring en ikke ubetydelig betydning for fiberlasere.For tiden er de mest brukte termiske styringsteknologiene hovedsakelig luftkjølte og vannkjølte.Blant dem brukes den luftkjølte varmespredningsteknologien hovedsakelig i laveffekts pulserende lasere og laveffekts kontinuerlige lasere.De fleste av fiberlaserne med middels og høy effekt bruker vannkjølt varmespredning som hovedvarmespredning.
To måter å spre varme på
1. Vannkjøling
Som navnet tilsier, er vannkjøling bruken av vann for å ta bort varme gjennom en varmeveksler (for eksempel en vannkjøleplate).Arbeidsprinsippet er også veldig enkelt, det vil si at det kalde vannet i kjøleren strømmer inn i varmeveksleren gjennom vannrøret, og kommer deretter ut fra en annen port på varmeveksleren, og strømmer deretter tilbake til kjøleren gjennom vannrøret. .Varme føres bort fra innsiden av laseren.
Den vannkjølte varmeavledningsmetoden har en enkel struktur og er lett å vedlikeholde;varmeavledningskapasiteten er sterk og temperaturensartetheten er god.Kjøleytelsen til laseren kan forbedres ved å bruke en kjøler med større kjølekapasitet.For tiden er det mer enn 500 produsenter som integrerer og selger håndholdte lasersveisemaskiner på markedet, og de bruker vanligvis vannkjøling.Men i tillegg til selve laseren, krever den håndholdte lasersveisemaskinen med vannkjøling også ekstra kjølere og vann, noe som resulterer i en betydelig økning i det totale volumet og vekten til utstyret, og begrensede bruksmiljøer.
2. Luftkjøling
I vid forstand refererer luftkjølt varmespredning til bruken av vifter for å forbedre luftkonveksjon og fullstendig varmeveksling inne i maskinen.Med forbedringen av teknologien har store laserprodusenter begynt å sette sin fot innen luftkjøling og varmespredning.I juni i fjor lanserte den globale fiberlasergiganten I-selskapet det luftkjølte LightWELD 1500W håndholdte lasersveiseproduktet;i august lanserte GW den luftkjølte A1500W intelligente lasersveisemaskinen i Kina;i oktober lanserte selskapet Reci også den luftkjølte lasersveisemaskinen FCA1500.laser.
▲ Luftkjølt lasersveiser：reci、IPG、GW
(Bildet kommer fra Internett, hvis det er noen krenkelse, vennligst kontakt oss for å slette det)
Disse tre laserne er hovedsakelig rettet mot markedssegmentet håndholdt lasersveising.Luftkjølte lasere kan gjøre arbeidet mer fleksibelt og bærbart.Alle tre laserne bruker luftkjølt varmeavledning uten ekstra vannkjølingsutstyr, noe som reduserer kostnadene.Samtidig reduseres størrelsen og vekten på utstyret kraftig.Selv om de begge kalles luftkjølte lasere, er de luftkjølte varmespredningsordningene som brukes, forskjellige, inkludert viftekjøling, varmerørradiatorkjøling og kompressorkjøling og -kjøling.(1) Viftevarmeavledning I laseren spres varmen som genereres inne i pumpekilden og forsterkningshulrommet ved hjelp av et substrat med god varmeledningsevne (som kobber, aluminiumnitrid, etc.), og deretter spres varmen ved konveksjon.Denne metoden kalles konveksjonskjøling.Konvektiv varmeoverføring kan deles inn i naturlig konveksjon og tvungen konveksjonsvarmeavledning i henhold til drivkraften til væskestrømmen.I fravær av ytre kraft er det kun væskens temperaturforskjell som kan få væsken til å strømme spontant for å gjennomføre varmeoverføring, som vi kaller naturlig konveksjon;når det er en ekstern drivkraft, det vil si at væsken drives av vifter, vifter og andre komponenter.strømning, og dermed fjerner varme, vi kaller det tvungen konveksjon.På grunn av den ekstremt langsomme varmespredningen og den dårlige effekten av naturlig konveksjon, kan den ikke fullt ut oppfylle kravene til varmeavledning til lasere.Derfor er det nødvendig å legge til en vifte til hele kjølesystemet for å øke hastigheten på luftstrømmen og gjøre naturlig konveksjon til tvungen konveksjon.
▲ Viftekjøleprinsipp
(2) Varmerørradiator for å spre varme
Varmespredningen til varmerørradiatoren gjør at varmerøret er avhengig av faseendringen til arbeidsvæsken i seg selv for å oppnå varmeoverføring.Denne væsken har lavt kokepunkt og er lett å fordampe.Den ene enden av varmerøret er fordampningsenden, som er koblet til kjøleribben inne i laseren;den andre enden er kondensenden, som er koblet til den eksterne kjøleribben og viften.Rørveggen har en væskeabsorberende veke, som er sammensatt av kapillære porøse materialer.Når laseren varmes opp, varmes fordampningsenden opp, arbeidsvæsken fordamper raskt, dampen strømmer til kondenseringsenden under trykkforskjellen, og varmen frigjøres, som slippes ut gjennom viften;samtidig kondenserer dampen til væske igjen, og væsken strømmer tilbake til fordampningsdelen gjennom veken.(Hvis det er et gravitasjonsvarmerør, er det ingen veke, og væsken fester seg til rørveggen og strømmer tilbake til den nederste fordampningsseksjonen ved hjelp av tyngdekraften).Denne syklusen stopper ikke, og varmen overføres fra innsiden av laseren til utsiden.
▲ Varmespredningsprinsippet til varmerørradiator
IPGs LightWELD 1500 håndholdte lasersveisesystem bruker en varmerørsradiatorkjøleløsning.Designet og produksjonen av LightWELD er preget av liten størrelse og lav vekt, noe som fører til en ny generasjon endringer i dagens håndholdte lasersveisemaskin.I tillegg til sveising, realiserer den også funksjonene til håndholdt lasersveising og rengjøring.LightWELD håndholdt lasersveisemaskin tar i bruk luftkjølingsmetoden, uten strømforbruket som kreves av ekstra kjølerutstyr, eliminerer kjølerens rør, komponenter, kontroll- og vedlikeholdskoblinger, reduserer kostnadene samtidig som den øker portabiliteten og forbedrer systemets generelle pålitelighet.
▲ LightWELD 1500 håndholdt lasersveisesystem
(Bildet kommer fra Internett, hvis det er noen krenkelse, vennligst kontakt oss for å slette det)
(3) Kompressorkjøling og -kjøling
Kompressorens kjøle- og varmeavledningsprinsipp: Kompressoren komprimerer kjølemediet, gjør kjølemediet om til en høytemperatur- og høytrykksgass og strømmer til den eksterne kondensatoren.Høytemperatur- og høytrykksgassen kondenseres til en lavtemperatur- og høytrykksvæske, og varmen som genereres av flytendegjøringen slippes ut av maskinen med viften.Det flytende lavtemperatur- og høytrykkskjølemediet blir trykkavlastet gjennom ekspansjonsventilen og blir en lavtemperatur-, lavtrykkstilstand som er lett å fordampe, og strømmer til den interne fordamperen.Fordamperen absorberer varme for å redusere den indre temperaturen til laseren for å oppnå effekten av kjøling, og deretter fordamper kjølemediet til en gass med høy temperatur og lavt trykk.Gasskjølemediet som fordampes av fordamperen komprimeres av kompressoren igjen og sirkulerer frem og tilbake, noe som realiserer varmeavledningen inne i maskinen.
▲ Kompressorkjøling og varmeavledningsprinsipp
Den smarte luftkjølte håndholdte sveisemaskinen A1500W lansert av GW Laser bruker kompressorens kjøle- og varmespredningsskjema.GW Laser fokuserer på kontinuerlig utforskning og innovasjon av 976nm-teknologi
Kombinert med den høye fotoelektriske konverteringseffektiviteten på 976nm, løste det kreativt problemet med luftkjølt kjølekapasitet, og lanserte den første luftkjølte 976nm-teknologien i bransjen, som løste problemene med strømforbruk og portabilitet, og igjen ledet teknologisk utviklingsretning for fiberlasere.Denne modellen har realisert tre-i-ett-funksjonen sveising, skjæring og rengjøring.
▲ GW Laser A1500W Smart luftkjølt håndholdt sveiser
Sammenligning av flere kjølemetoder
Strukturen til viftekjøling er relativt enkel.Den sprer ganske enkelt varmen i kjøleribben til kjøleribben, og bruker deretter temperaturforskjellen mellom kjøleribben og omgivelsesluften til å spre varmen gjennom tvungen konveksjon av viften.Når omgivelsestemperaturen er for høy om sommeren, er temperaturforskjellen mellom kjøleribben og luften for liten, og varmeavledningskapasiteten vil bli kraftig redusert.Den kan bare passivt spre varme, er sterkt påvirket av miljøet og kan ikke kontrollere temperaturen nøyaktig.Fordelen er at det overordnede utstyret og kontrollsystemet er enkelt.
Sammenlignet med den enkle viftekjølemetoden har varmerørradiatoren flere varmerør, så strukturen er relativt komplisert.Den er avhengig av fordampning og kondensering av arbeidsmaterialet for raskt å overføre varme fra kjøleribben til kjøleribben og deretter spre varmen til luften gjennom viften.Det tilhører også passiv varmespredning, som ikke kan kontrollere temperaturen nøyaktig og forstyrres i stor grad av omgivelsestemperaturen.
Kompressorens kjøle- og varmeavledningsskjema tilhører aktiv varmeavledning.På grunn av eksistensen av kompressoren og ekspansjonsventilen, kan temperaturen kontrolleres nøyaktig ved å justere strømmen og trykket til kjølemediet.Samtidig er temperaturen på kjølemediet i kondensatoren høyere enn temperaturen til kjøleribben, noe som bidrar til rask varmeutvikling.overføres til luften.Kontrollsystemet er mer komplisert;På samme tid, fordi strukturen er mye mer komplisert enn de to ovennevnte ordningene, økes også volumet og vekten til utstyret tilsvarende.
De fleste tradisjonelle fiberlasere bruker vannkjøling for å spre varme.Først avkjøles vannet ved kompressorkjøling, og deretter avkjøles laseren med vann.Den luftkjølte varmeavledningsordningen til Guanghui Laser bruker direkte kompressorkjøling for å kjøle laseren, forlater eksistensen av vann og eliminerer den mellomliggende varmeoverføringskoblingen, slik at varmeavledningseffektiviteten er høyere, og volumet og vekten kan gjøres mindre.
I laboratoriet bruker vi en testboks med konstant temperatur og fuktighet for å stille inn 35 °C for å simulere bruksmiljøet med høy temperatur om sommeren, og tester temperaturendringen til laserens indre forsterkningsfiber med forskjellige luftkjøleskjemaer under forholdene med full effekt på 1500W..Fra de eksperimentelle dataene kan man tydelig se at fibertemperaturen øker eksponentielt de første minuttene og stabiliserer seg rundt 10 minutter.På grunn av kompressorens kjøleeffekt kan laseren aktivt avkjøles, slik at temperaturen kan kontrolleres under 60 °C, og temperaturendringen er relativt stabil;mens de to andre bare kan stole på passiv varmespredning, så den interne temperaturen er litt høyere enn for kompressorens kjøleskjema;, På grunn av varmerørets høye varmeoverføringseffektivitet, kan varmen godt eksporteres fra innsiden av laseren, slik at dens indre temperatur er lavere enn en ren vifte, og temperaturstigningen er mer skånsom.
▲ Temperaturen endres med tiden når laseren gir ut 1,5 kW laser med forskjellige luftkjøleskjemaer
(laboratoriedata, det kan være avvik fra faktisk feltbruk)
Epilog
Innen fiberlasere har GW Laser alltid siktet mot den globale lasergiganten IPG.Det er den unike merkefordelen til Guanghui å lage produkter med militær kvalitet.For mange år siden begynte GW Laser å organisere vitenskapelige forskningsstyrker for å utføre kontinuerlig leting innen luftkjøling og varmespredning.I fremtiden vil vi fortsette å forbedre dette aspektet, kontinuerlig forbedre stabiliteten til produktene, realisere iterativ oppgradering av produkter og teknologier og møte behovene til flere bransjer.behandlingsbehov
Innleggstid: Mar-10-2022