cuvânt înainte
Odată cu aplicarea tot mai mare a laserelor cu fibră, fiabilitatea laserelor cu fibră a atras din ce în ce mai multă atenție, inclusiv fiabilitatea performanței de ieșire a laserului, fiabilitatea componentelor electronice, fiabilitatea dispozitivelor optice, fiabilitatea sistemelor etc. Așteptați.Cele mai multe dintre acestea sunt strâns legate de proprietățile termice ale laserului în sine.În plus, temperatura are o mare influență asupra performanței laserului, în special asupra puterii de ieșire și stabilității de ieșire a laserului.
Căldura laserului cu fibră provine în principal de la sursa pompei și din cavitatea de câștig.Pentru sursa pompei, eficiența sa de conversie este de aproximativ 50%, ceea ce înseamnă și că o energie echivalentă cu puterea optică de ieșire este generată sub formă de căldură.Dacă căldura nu poate fi disipată în timp, temperatura cipului intern va crește rapid, iar lungimea de undă centrală a laserului se va deplasa pe măsură ce temperatura crește.Pentru cavitatea de câștig, după ce lumina pompei intră în fibra activă de câștig, doar o parte din aceasta este convertită în ieșire laser, iar restul energiei este convertită în energie termică.Energia termică va crește temperatura mediului de câștig, rezultând lărgirea spectrului de fluorescență și o durată scurtă de viață a emisiei spontane, reducând astfel eficiența conversiei energiei.Prin urmare, managementul termic are o semnificație deloc neglijabilă pentru laserele cu fibră.În prezent, tehnologiile de management termic utilizate în mod obișnuit sunt în principal răcite cu aer și răcite cu apă.Printre acestea, tehnologia de disipare a căldurii răcită cu aer este utilizată în principal în laserele pulsate de putere redusă și laserele continue de putere redusă.Majoritatea laserelor cu fibră de putere medie și mare utilizează disiparea căldurii răcită cu apă ca principală disipare a căldurii.
Două moduri de a disipa căldura
1. Răcire cu apă
După cum sugerează și numele, răcirea cu apă este utilizarea apei pentru a elimina căldura printr-un schimbător de căldură (cum ar fi o placă de răcire cu apă).Principiul său de funcționare este, de asemenea, foarte simplu, adică apa rece din răcitorul de lichid curge în schimbătorul de căldură prin conducta de apă și apoi iese dintr-un alt port al schimbătorului de căldură și apoi curge înapoi în răcitor prin conducta de apă. .Căldura este transportată din interiorul laserului.
Metoda de disipare a căldurii răcită cu apă are o structură simplă și este ușor de întreținut;capacitatea de disipare a căldurii este puternică, iar uniformitatea temperaturii este bună.Performanța de răcire a laserului poate fi îmbunătățită prin utilizarea unui răcitor cu o capacitate de răcire mai mare.În prezent, pe piață există peste 500 de producători care integrează și vând aparate de sudură cu laser portabile și, în general, folosesc răcirea cu apă.Cu toate acestea, pe lângă laserul în sine, mașina de sudură cu laser de mână cu răcire cu apă necesită și răcitoare suplimentare și apă, ceea ce are ca rezultat o creștere substanțială a volumului și greutății totale a echipamentului și medii de utilizare limitate.
2. Răcire cu aer
Într-un sens larg, disiparea căldurii răcită cu aer se referă la utilizarea ventilatoarelor pentru a îmbunătăți convecția aerului și schimbul complet de căldură în interiorul mașinii.Odată cu îmbunătățirea tehnologiei, marii producători de lasere au început să pună piciorul în domeniul răcirii cu aer și al disipării căldurii.În iunie anul trecut, gigantul global al laserului cu fibră I a lansat produsul de sudare cu laser portabil LightWELD 1500W răcit cu aer;în august, GW a lansat în China mașina inteligentă de sudură cu laser A1500W răcită cu aer;în octombrie, compania Reci a lansat și mașina de sudură laser FCA1500 răcită cu aer.laser.
▲ Sudor cu laser răcit cu aer: reci、IPG、GW
(Imaginea vine de pe Internet, dacă există vreo încălcare, vă rugăm să ne contactați pentru ao șterge)
Aceste trei lasere sunt destinate în principal segmentului de piață al sudării cu laser de mână.Laserele răcite cu aer pot face munca mai flexibilă și mai portabilă.Toate cele trei lasere folosesc disiparea căldurii răcite cu aer fără echipament suplimentar de răcire cu apă, ceea ce reduce costurile.În același timp, dimensiunea și greutatea echipamentului sunt mult reduse.Deși ambele sunt numite lasere răcite cu aer, schemele de disipare a căldurii răcite cu aer utilizate sunt diferite, inclusiv răcirea cu ventilator, răcirea radiatorului conductei de căldură și răcirea și răcirea compresorului.(1) Disiparea căldurii ventilatorului În laser, căldura generată în interiorul sursei pompei și în cavitatea de câștig este disipată folosind un substrat cu conductivitate termică bună (cum ar fi cupru, nitrură de aluminiu etc.), iar apoi căldura este disipată prin convecție.Această metodă se numește răcire prin convecție.Transferul de căldură convectiv poate fi împărțit în disiparea căldurii prin convecție naturală și convecție forțată în funcție de forța motrice a fluxului de fluid.În absența forței exterioare, numai diferența de temperatură a fluidului poate face ca fluidul să curgă spontan pentru a conduce transferul de căldură, pe care îl numim convecție naturală;atunci când există o forță motrice externă, adică fluidul este antrenat de ventilatoare, ventilatoare și alte componente.curgere, eliminând astfel căldura, o numim convecție forțată.Datorită disipării extrem de lente a căldurii și efectului slab al convecției naturale, acesta nu poate îndeplini pe deplin cerințele de disipare a căldurii ale laserelor.Prin urmare, este necesar să adăugați un ventilator la întregul sistem de răcire pentru a accelera fluxul de aer și a transforma convecția naturală în convecție forțată.
▲ Principiul de răcire cu ventilator
(2) Radiator conductă de căldură pentru a disipa căldura
Disiparea căldurii radiatorului conductei de căldură înseamnă că conducta de căldură se bazează pe schimbarea de fază a lichidului de lucru din interiorul său pentru a realiza transferul de căldură.Acest lichid are un punct de fierbere scăzut și este ușor de volatilizat.Un capăt al conductei de căldură este capătul de evaporare, care este conectat la radiatorul din interiorul laserului;celălalt capăt este capătul de condensare, care este conectat la radiatorul extern și la ventilator.Peretele tubului are un fitil care absoarbe lichide, care este compus din materiale poroase capilare.Când laserul este încălzit, capătul de evaporare este încălzit, lichidul de lucru se evaporă rapid, aburul curge la capătul de condensare sub diferența de presiune și căldura este eliberată, care este descărcată prin ventilator;în același timp, aburul se condensează din nou în lichid, iar lichidul curge înapoi în secțiunea de evaporare prin fitil.(Dacă este o conductă de căldură gravitațională, nu există fitil, iar lichidul aderă la peretele tubului și curge înapoi în secțiunea de evaporare inferioară prin gravitație).Acest ciclu nu se oprește, iar căldura este transferată din interiorul laserului către exterior.
▲ Principiul de disipare a căldurii a radiatorului conductei de căldură
Sistemul de sudură cu laser portabil LightWELD 1500 de la IPG utilizează o soluție de răcire a radiatorului cu conducte de căldură.Proiectarea și fabricarea LightWELD se caracterizează prin dimensiuni reduse și greutate redusă, ceea ce duce la o nouă generație de schimbări în actuala mașină de sudură cu laser portabilă.Pe lângă sudare, realizează și funcțiile de sudare și curățare cu laser de mână.Mașina de sudură cu laser de mână LightWELD adoptă metoda de răcire cu aer, fără consumul de energie necesar pentru echipamentele suplimentare de răcire, eliminând conductele, componentele, legăturile de control și întreținere ale răcitorului, reducând costurile în același timp sporind portabilitatea și îmbunătățind fiabilitatea generală a sistemului.
▲ Sistem portabil de sudare cu laser LightWELD 1500
(Imaginea vine de pe Internet, dacă există vreo încălcare, vă rugăm să ne contactați pentru ao șterge)
(3) Răcirea și răcirea compresorului
Principiul de refrigerare și disipare a căldurii compresorului: Compresorul comprimă agentul frigorific, transformă agentul frigorific într-un gaz cu temperatură ridicată și presiune înaltă și curge către condensatorul extern.Gazul de temperatură înaltă și presiune înaltă este condensat într-un lichid de temperatură joasă și presiune înaltă, iar căldura generată de lichefiere este evacuată din mașină cu ventilatorul.Refrigerantul lichid de temperatură joasă și de înaltă presiune este depresurizat prin supapa de expansiune și devine o stare de temperatură joasă, presiune joasă, ușor de evaporat și curge către evaporatorul intern.Evaporatorul absoarbe căldura pentru a reduce temperatura internă a laserului pentru a obține efectul de răcire, iar apoi agentul frigorific se vaporizează într-un gaz de temperatură ridicată și presiune joasă.Refrigerantul gazos evaporat de evaporator este comprimat din nou de compresor și circulă înainte și înapoi, ceea ce realizează disiparea căldurii în interiorul mașinii.
▲ Principiul de refrigerare și disipare a căldurii prin compresor
Aparatul de sudură portabil inteligent cu răcire cu aer A1500W lansat de GW Laser utilizează schema de răcire și disipare a căldurii a compresorului.GW Laser se concentrează pe explorarea și inovarea continuă a tehnologiei 976nm
În combinație cu eficiența ridicată de conversie fotoelectrică de 976 nm, a rezolvat în mod creativ problema capacității de răcire răcită cu aer și a lansat prima tehnologie de 976 nm răcită cu aer din industrie, care a rezolvat problemele de consum de energie și portabilitate și a condus din nou direcția de dezvoltare tehnologică a laserelor cu fibră.Acest model a realizat funcția trei în unu de sudare, tăiere și curățare.
▲ Sudor manual inteligent GW Laser A1500W, răcit cu aer
Comparația mai multor metode de răcire
Structura răcirii ventilatorului este relativ simplă.Pur și simplu împrăștie căldura din radiatorul către radiatorul și apoi utilizează diferența de temperatură dintre radiatorul și aerul ambiental pentru a disipa căldura prin convecția forțată a ventilatorului.Când temperatura ambientală este prea ridicată vara, diferența de temperatură dintre radiatorul și aerul este prea mică, iar capacitatea de disipare a căldurii va fi mult redusă.Poate disipa căldura doar pasiv, este foarte afectat de mediu și nu poate controla cu precizie temperatura.Avantajul este că echipamentul general și sistemul de control sunt simple.
În comparație cu metoda simplă de răcire cu ventilator, radiatorul cu conducte de căldură are mai multe conducte de căldură, astfel încât structura sa este relativ complicată.Se bazează pe evaporarea și condensarea materialului de lucru pentru a transfera rapid căldura de la radiator la radiator și apoi a disipa căldura în aer prin ventilator.De asemenea, aparține disipării pasive a căldurii, care nu poate controla cu precizie temperatura și este foarte perturbată de temperatura din jur.
Schema de răcire și disipare a căldurii a compresorului aparține disipării active a căldurii.Datorita existentei compresorului si supapei de expansiune, temperatura poate fi controlata cu precizie prin reglarea debitului si presiunii agentului frigorific.În același timp, temperatura agentului frigorific din condensator este mai mare decât cea a radiatorului, ceea ce favorizează generarea rapidă a căldurii.transmisă în aer.Sistemul său de control este mai complicat;în același timp, deoarece structura sa este mult mai complicată decât cele două scheme de mai sus, volumul și greutatea echipamentului sunt, de asemenea, crescute în mod corespunzător.
Majoritatea laserelor tradiționale cu fibră folosesc răcirea cu apă pentru a disipa căldura.Mai întâi, apa este răcită prin refrigerarea compresorului, iar apoi laserul este răcit cu apă.Schema de disipare a căldurii răcită cu aer a Guanghui Laser utilizează direct răcirea compresorului pentru a răci laserul, abandonând existența apei și eliminând legătura intermediară de transfer de căldură, astfel încât eficiența disipării căldurii este mai mare, iar volumul și greutatea pot fi reduse.
În laborator, folosim o cutie de testare a temperaturii și umidității constante pentru a seta 35 ° C pentru a simula mediul de utilizare a temperaturii ridicate în timpul verii și a testa schimbarea temperaturii fibrei interne de câștig a laserului cu diferite scheme de răcire cu aer în condiții cu o putere maximă de 1500 W..Din datele experimentale, se poate observa clar că temperatura fibrei crește exponențial în primele câteva minute și se stabilizează în jur de 10 minute.Datorită efectului de răcire al compresorului, laserul poate fi răcit activ, astfel încât temperatura poate fi controlată sub 60 °C, iar schimbarea temperaturii este relativ stabilă;în timp ce celelalte două se pot baza doar pe disiparea pasivă a căldurii, astfel încât temperatura internă este puțin mai mare decât cea a schemei de răcire a compresorului;, Datorită eficienței mari de transfer de căldură a conductei de căldură, căldura poate fi bine exportată din interiorul laserului, astfel încât temperatura sa internă este mai mică decât cea a unui ventilator pur, iar creșterea temperaturii este mai blândă.
▲ Temperatura se schimbă în timp când laserul emite laser de 1,5 kW cu diferite scheme de răcire cu aer
(date de laborator, pot exista abateri de la utilizarea reală pe teren)
Epilog
În domeniul laserelor cu fibră, GW Laser a vizat întotdeauna gigantul global al laserului IPG.Este avantajul unic al mărcii Guanghui de a crea produse cu calitate militară.Cu mulți ani în urmă, GW Laser a început să organizeze forțele de cercetare științifică pentru a efectua explorări continue în răcirea aerului și disiparea căldurii.În viitor, vom continua să îmbunătățim acest aspect, să îmbunătățim continuu stabilitatea produselor, să realizăm o actualizare iterativă a produselor și tehnologiilor și să răspundem nevoilor mai multor industrii.nevoile de prelucrare
Ora postării: 10-mar-2022