Predslov
So zvyšujúcou sa aplikáciou vláknových laserov priťahuje spoľahlivosť vláknových laserov stále viac pozornosti, vrátane spoľahlivosti výkonu laserového výstupu, spoľahlivosti elektronických komponentov, spoľahlivosti optických zariadení, spoľahlivosti systémov atď. Počkajte.Väčšina z nich úzko súvisí s tepelnými vlastnosťami samotného lasera.Okrem toho má teplota veľký vplyv na výkon lasera, najmä na výstupný výkon a výstupnú stabilitu lasera.
Teplo vláknového lasera pochádza hlavne zo zdroja čerpadla a zo zosilňovacej dutiny.Pre čerpadlový zdroj je jeho účinnosť premeny asi 50%, čo tiež znamená, že sa generuje energia ekvivalentná výstupnému optickému výkonu vo forme tepla.Ak teplo nie je možné včas rozptýliť, teplota vnútorného čipu rýchlo stúpne a stredová vlnová dĺžka lasera sa bude posúvať so stúpajúcou teplotou.Pokiaľ ide o zosilňovaciu dutinu, potom, čo svetlo pumpy vstúpi do aktívneho zosilňovacieho vlákna, iba jeho časť sa premení na výstup lasera a zvyšok energie sa premení na tepelnú energiu.Tepelná energia zvýši teplotu zosilňovacieho média, čo má za následok rozšírenie fluorescenčného spektra a krátku životnosť spontánnej emisie, čím sa zníži účinnosť premeny energie.Preto má tepelný manažment pre vláknové lasery nezanedbateľný význam.V súčasnosti sú bežne používané technológie tepelného hospodárstva najmä chladenie vzduchom a chladenie vodou.Medzi nimi sa vzduchom chladená technológia odvádzania tepla používa hlavne v nízkovýkonných pulzných laseroch a nízkovýkonových kontinuálnych laseroch.Väčšina stredne a vysokovýkonných vláknových laserov využíva ako hlavný odvod tepla vodou chladený odvod tepla.
Dva spôsoby odvádzania tepla
1. Vodné chladenie
Ako už názov napovedá, vodné chladenie je použitie vody na odoberanie tepla cez výmenník tepla (ako je vodná chladiaca doska).Jeho pracovný princíp je tiež veľmi jednoduchý, to znamená, že studená voda v chladiči prúdi do výmenníka tepla cez vodovodné potrubie a potom vychádza z iného portu výmenníka tepla a potom prúdi späť do chladiča cez vodovodné potrubie. .Teplo sa odvádza z vnútra lasera.
Vodou chladená metóda odvádzania tepla má jednoduchú štruktúru a je nenáročná na údržbu;kapacita odvádzania tepla je silná a rovnomernosť teploty je dobrá.Chladiaci výkon lasera možno zlepšiť použitím chladiča s väčšou chladiacou kapacitou.V súčasnosti je na trhu viac ako 500 výrobcov, ktorí integrujú a predávajú ručné laserové zváracie stroje a vo všeobecnosti využívajú vodné chladenie.Ručný laserový zvárací stroj s vodným chladením však okrem samotného lasera vyžaduje aj prídavné chladiče a vodu, čo má za následok podstatné zvýšenie celkového objemu a hmotnosti zariadenia a obmedzené prostredie použitia.
2. Chladenie vzduchom
V širšom zmysle sa vzduchom chladený odvod tepla vzťahuje na použitie ventilátorov na zlepšenie prúdenia vzduchu a kompletnú výmenu tepla vo vnútri stroja.So zdokonaľovaním technológií začali hlavní výrobcovia laserov šliapať do oblasti vzduchového chladenia a odvodu tepla.V júni minulého roka uviedla svetová spoločnosť s vláknovým laserom I na trh vzduchom chladený produkt na ručné laserové zváranie LightWELD 1500W;v auguste spoločnosť GW uviedla na trh vzduchom chladený inteligentný laserový zvárací stroj A1500W v Číne;v októbri spoločnosť Reci uviedla na trh aj vzduchom chladený laserový zvárací stroj FCA1500.laser.
▲ Vzduchom chladená laserová zváračka：reci、IPG、GW
(Obrázok pochádza z internetu, ak dôjde k porušeniu, kontaktujte nás, aby sme ho odstránili)
Tieto tri lasery sú zamerané hlavne na trhový segment ručného laserového zvárania.Vzduchom chladené lasery môžu urobiť prácu flexibilnejšou a prenosnejšou.Všetky tri lasery využívajú vzduchom chladený odvod tepla bez dodatočného zariadenia na chladenie vodou, čo znižuje náklady.Zároveň sa výrazne zníži veľkosť a hmotnosť zariadenia.Aj keď sa obidva nazývajú vzduchom chladené lasery, používané schémy odvodu tepla chladeného vzduchom sú odlišné, vrátane chladenia ventilátorom, chladenia chladičom s tepelným potrubím a chladenia a chladenia kompresorom.(1) Odvádzanie tepla ventilátorom V laseri sa teplo generované vo vnútri zdroja čerpadla a zosilňovacej dutiny odvádza pomocou substrátu s dobrou tepelnou vodivosťou (ako je meď, nitrid hliníka atď.) a potom sa teplo odvádza konvekciou.Táto metóda sa nazýva konvekčné chladenie.Konvekčný prenos tepla možno rozdeliť na prirodzenú konvekciu a nútený konvekčný odvod tepla podľa hnacej sily prúdenia tekutiny.Ak nepôsobí vonkajšia sila, iba rozdiel teplôt tekutiny môže spôsobiť, že tekutina spontánne prúdi a vedie k prenosu tepla, čo nazývame prirodzená konvekcia;keď existuje vonkajšia hnacia sila, to znamená, že kvapalina je poháňaná ventilátormi, ventilátormi a inými komponentmi.prúdenie, čím sa odoberá teplo, nazývame to nútená konvekcia.Kvôli extrémne pomalému odvodu tepla a slabému účinku prirodzenej konvekcie nemôže plne spĺňať požiadavky laserov na odvod tepla.Preto je potrebné celý chladiaci systém doplniť ventilátorom, ktorý zrýchli prúdenie vzduchu a zmení prirodzenú konvekciu na nútenú.
▲ Princíp chladenia ventilátorom
(2) Radiátor s tepelnou rúrkou na odvádzanie tepla
Rozptyl tepla radiátora s tepelnou trubicou znamená, že tepelná trubica sa spolieha na fázovú zmenu pracovnej kvapaliny vo vnútri seba, aby sa dosiahol prenos tepla.Táto kvapalina má nízky bod varu a ľahko sa odparuje.Jeden koniec tepelnej trubice je koniec vyparovania, ktorý je pripojený k chladiču vo vnútri lasera;druhý koniec je kondenzačný koniec, ktorý je pripojený k externému chladiču a ventilátoru.Stena rúrky má kvapalinu absorbujúci knôt, ktorý sa skladá z kapilárnych poréznych materiálov.Pri zahrievaní lasera sa ohrieva odparovací koniec, pracovná kvapalina sa rýchlo vyparuje, para prúdi pod tlakovým rozdielom ku kondenzačnému koncu a uvoľňuje sa teplo, ktoré sa odvádza cez ventilátor;para zároveň opäť kondenzuje na kvapalinu a kvapalina steká cez knôt späť do odparovacej časti.(Ak ide o gravitačnú tepelnú trubicu, nie je tam žiadny knôt a kvapalina priľne k stene trubice a gravitáciou steká späť do spodnej odparovacej časti).Tento cyklus sa nezastaví a teplo sa prenáša z vnútra lasera von.
▲ Princíp šírenia tepla radiátora s tepelnou rúrkou
Ručný laserový zvárací systém IPG LightWELD 1500 využíva riešenie chladenia radiátorom s tepelnou trubicou.Dizajn a výroba LightWELD sa vyznačuje malými rozmermi a nízkou hmotnosťou, čo vedie k novej generácii zmien v súčasnom ručnom laserovom zváracom stroji.Okrem zvárania realizuje aj funkcie ručného laserového zvárania a čistenia.Ručný laserový zvárací stroj LightWELD využíva metódu chladenia vzduchom bez spotreby energie vyžadovanej prídavným chladiacim zariadením, čím sa eliminuje potrubie chladiča, komponenty, ovládacie a údržbové prepojenia, čím sa znižujú náklady a zároveň sa zvyšuje prenosnosť a zlepšuje sa celková spoľahlivosť systému.
▲ Ručný laserový zvárací systém LightWELD 1500
(Obrázok pochádza z internetu, ak dôjde k porušeniu, kontaktujte nás, aby sme ho odstránili)
(3) Chladenie a chladenie kompresora
Princíp kompresorového chladenia a odvodu tepla: Kompresor stláča chladivo, premieňa chladivo na plyn s vysokou teplotou a vysokým tlakom a prúdi do vonkajšieho kondenzátora.Vysokoteplotný a vysokotlakový plyn kondenzuje do nízkoteplotnej a vysokotlakovej kvapaliny a teplo generované skvapalňovaním sa odvádza zo stroja pomocou ventilátora.Nízkoteplotné a vysokotlakové kvapalné chladivo je odtlakované cez expanzný ventil a stáva sa nízkoteplotným, nízkotlakovým, ľahko odpariteľným stavom a prúdi do vnútorného výparníka.Výparník absorbuje teplo, aby znížil vnútornú teplotu lasera, aby sa dosiahol efekt chladenia, a potom sa chladivo odparí na plyn s vysokou teplotou a nízkym tlakom.Plynné chladivo odparené výparníkom je kompresorom opäť stlačené a cirkuluje tam a späť, čím sa realizuje odvod tepla vo vnútri stroja.
▲ Princíp kompresorového chladenia a odvodu tepla
Inteligentný vzduchom chladený ručný zvárací stroj A1500W uvedený na trh spoločnosťou GW Laser využíva schému kompresorového chladenia a odvodu tepla.GW Laser sa zameriava na neustály prieskum a inováciu 976nm technológie
V kombinácii s vysokou účinnosťou fotoelektrickej konverzie 976nm kreatívne vyriešil problém chladiacej kapacity chladenia vzduchom a uviedol na trh prvú vzduchom chladenú 976nm technológiu v priemysle, ktorá vyriešila problémy spotreby energie a prenosnosti a opäť viedla smer technologického rozvoja vláknových laserov.Tento model realizoval funkciu tri v jednom – zváranie, rezanie a čistenie.
▲ Inteligentná vzduchom chladená ručná zváračka GW Laser A1500W
Porovnanie viacerých spôsobov chladenia
Štruktúra chladenia ventilátorom je pomerne jednoduchá.Jednoducho šíri teplo v chladiči do chladiča a potom využíva teplotný rozdiel medzi chladičom a okolitým vzduchom na odvádzanie tepla pomocou nútenej konvekcie ventilátora.Keď je okolitá teplota v lete príliš vysoká, teplotný rozdiel medzi chladičom a vzduchom je príliš malý a kapacita odvádzania tepla sa výrazne zníži.Môže len pasívne odvádzať teplo, je výrazne ovplyvnený prostredím a nedokáže presne regulovať teplotu.Výhodou je, že celková výbava a systém ovládania sú jednoduché.
V porovnaní s jednoduchou metódou chladenia ventilátorom má radiátor s tepelnou trubicou viac tepelných trubíc, takže jeho štruktúra je pomerne komplikovaná.Spolieha sa na odparovanie a kondenzáciu pracovného materiálu na rýchly prenos tepla z chladiča do chladiča a následné odvádzanie tepla do vzduchu cez ventilátor.Patrí tiež k pasívnemu odvodu tepla, ktorý nedokáže presne regulovať teplotu a je značne rušený okolitou teplotou.
Schéma kompresorového chladenia a odvodu tepla patrí k aktívnemu odvodu tepla.Vďaka existencii kompresora a expanzného ventilu je možné teplotu presne regulovať nastavením prietoku a tlaku chladiva.Zároveň je teplota chladiva v kondenzátore vyššia ako teplota chladiča, čo prispieva k rýchlej tvorbe tepla.prenášané do ovzdušia.Jeho riadiaci systém je komplikovanejší;zároveň, pretože jeho štruktúra je oveľa komplikovanejšia ako vyššie uvedené dve schémy, sa zodpovedajúcim spôsobom zväčšuje aj objem a hmotnosť zariadenia.
Väčšina tradičných vláknových laserov využíva vodné chladenie na rozptýlenie tepla.Najprv sa voda ochladí kompresorovým chladením a potom sa laser ochladí vodou.Vzduchom chladená schéma odvodu tepla Guanghui Laser priamo využíva kompresorové chladenie na chladenie lasera, čím sa opúšťa existencia vody a eliminuje sa medzičlánok prenosu tepla, takže účinnosť odvádzania tepla je vyššia a objem a hmotnosť môžu byť menšie.
V laboratóriu používame testovací box s konštantnou teplotou a vlhkosťou na nastavenie 35 °C na simuláciu prostredia s vysokou teplotou v lete a testujeme zmenu teploty vnútorného vlákna lasera s rôznymi schémami chladenia vzduchom za podmienok. s plným výkonom 1500 W..Z experimentálnych údajov je jasne vidieť, že teplota vlákna rastie exponenciálne v prvých minútach a stabilizuje sa okolo 10 minút.Vďaka chladiacemu účinku kompresora môže byť laser aktívne chladený, takže teplota môže byť kontrolovaná pod 60 ° C a zmena teploty je relatívne stabilná;zatiaľ čo ostatné dva sa môžu spoliehať iba na pasívny odvod tepla, takže vnútorná teplota je o niečo vyššia ako teplota v schéme chladenia kompresora;, Vďaka vysokej účinnosti prenosu tepla tepelnej trubice môže byť teplo dobre exportované zvnútra lasera, takže jeho vnútorná teplota je nižšia ako teplota čistého ventilátora a zvýšenie teploty je miernejšie.
▲ Zmena teploty s časom, keď laser vydáva 1,5 kW laser s rôznymi schémami chladenia vzduchom
(laboratórne údaje, môžu existovať odchýlky od skutočného použitia v teréne)
Epilóg
V oblasti vláknových laserov sa GW Laser vždy zameriaval na globálneho laserového giganta IPG.Je to jedinečná výhoda značky Guanghui vytvárať produkty s vojenskou kvalitou.Pred mnohými rokmi začala spoločnosť GW Laser organizovať vedecké výskumné sily na vykonávanie nepretržitého prieskumu chladenia vzduchom a rozptylu tepla.V budúcnosti budeme pokračovať v zlepšovaní tohto aspektu, neustále zlepšovať stabilitu produktov, realizovať iteratívny upgrade produktov a technológií a uspokojovať potreby viacerých odvetví.potreby spracovania
Čas odoslania: Mar-10-2022