Önsöz
Fiber lazerlerin artan uygulamasıyla, lazer çıkış performansının güvenilirliği, elektronik bileşenlerin güvenilirliği, optik cihazların güvenilirliği, sistemlerin güvenilirliği vb. dahil olmak üzere fiber lazerlerin güvenilirliği giderek daha fazla dikkat çekti.Bunların çoğu, lazerin kendisinin termal özellikleriyle yakından ilgilidir.Ayrıca sıcaklığın lazerin performansı üzerinde, özellikle lazerin çıkış gücü ve çıkış kararlılığı üzerinde büyük etkisi vardır.
Fiber lazerin ısısı esas olarak pompa kaynağından ve kazanç boşluğundan gelir.Pompa kaynağı için dönüşüm verimliliği yaklaşık %50'dir, bu da çıkış optik gücüne eşdeğer bir enerjinin ısı şeklinde üretildiği anlamına gelir.Isı zamanında dağıtılamazsa, dahili çipin sıcaklığı hızla yükselir ve sıcaklık arttıkça lazerin merkez dalga boyu kayar.Kazanç boşluğu için, pompa ışığı aktif kazanç fiberine girdikten sonra, sadece bir kısmı lazer çıkışına dönüştürülür ve enerjinin geri kalanı ısı enerjisine dönüştürülür.Termal enerji, kazanç ortamının sıcaklığını artıracak, bu da flüoresans spektrumunun genişlemesine ve kısa bir spontan emisyon ömrüne neden olarak enerji dönüştürme verimliliğini azaltacaktır.Bu nedenle, termal yönetimin fiber lazerler için göz ardı edilemez bir önemi vardır.Şu anda, yaygın olarak kullanılan termal yönetim teknolojileri çoğunlukla hava soğutmalı ve su soğutmalıdır.Bunların arasında, hava soğutmalı ısı dağıtma teknolojisi, esas olarak düşük güçlü darbeli lazerlerde ve düşük güçlü sürekli lazerlerde kullanılır.Orta ve yüksek güçlü fiber lazerlerin çoğu, ana ısı dağılımı olarak su soğutmalı ısı dağılımı kullanır.
Isıyı dağıtmanın iki yolu
1. Su soğutma
Adından da anlaşılacağı gibi, su soğutma, bir ısı eşanjöründen (su soğutma plakası gibi) ısıyı uzaklaştırmak için suyun kullanılmasıdır.Çalışma prensibi de çok basittir, yani soğutma grubundaki soğuk su, su borusu vasıtasıyla ısı değiştiriciye akar ve daha sonra ısı değiştiricinin başka bir portundan çıkar ve daha sonra su borusu vasıtasıyla tekrar soğutma grubuna akar. .Isı lazerin içinden taşınır.
Su soğutmalı ısı yayma yöntemi basit bir yapıya sahiptir ve bakımı kolaydır;ısı yayma kapasitesi güçlüdür ve sıcaklık homojenliği iyidir.Lazerin soğutma performansı, daha büyük soğutma kapasitesine sahip bir soğutucu kullanılarak iyileştirilebilir.Şu anda piyasada el lazer kaynak makinelerini entegre eden ve satan 500'den fazla üretici var ve bunlar genellikle su soğutma kullanıyor.Bununla birlikte, lazerin kendisine ek olarak, su soğutmalı el tipi lazer kaynak makinesi ayrıca ek soğutucular ve su gerektirir, bu da ekipmanın toplam hacminde ve ağırlığında önemli bir artışa ve sınırlı kullanım ortamlarına neden olur.
2. Hava soğutma
Geniş anlamda, hava soğutmalı ısı dağılımı, hava konveksiyonunu iyileştirmek ve makine içindeki ısı değişimini tamamlamak için fanların kullanılması anlamına gelir.Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, büyük lazer üreticileri hava soğutma ve ısı dağıtımı alanına adım atmaya başladılar.Geçen yıl haziran ayında, küresel fiber lazer devi I şirketi, hava soğutmalı LightWELD 1500W el tipi lazer kaynak ürününü piyasaya sürdü;Ağustos ayında GW, Çin'de hava soğutmalı A1500W akıllı lazer kaynak makinesini piyasaya sürdü;Ekim ayında Reci firması da FCA1500 hava soğutmalı lazer kaynak makinesini piyasaya sürdü.lazer.
▲ Hava soğutmalı lazer kaynak makinesi：reci、IPG、GW
(Görsel internetten alınmıştır, herhangi bir ihlal varsa sildirmek için lütfen bizimle iletişime geçiniz)
Bu üç lazer, esas olarak elde taşınan lazer kaynağının pazar segmentine yöneliktir.Hava soğutmalı lazerler, çalışmayı daha esnek ve taşınabilir hale getirebilir.Üç lazerin tümü, ek su soğutma ekipmanı olmadan hava soğutmalı ısı dağılımı kullanır ve bu da maliyetleri düşürür.Aynı zamanda, ekipmanın boyutu ve ağırlığı büyük ölçüde azalır.Her ikisi de hava soğutmalı lazerler olarak adlandırılsa da, fan soğutma, ısı borusu radyatör soğutma ve kompresör soğutma ve soğutma dahil olmak üzere kullanılan hava soğutmalı ısı dağıtma şemaları farklıdır.(1) Fan ısı dağılımı Lazerde, pompa kaynağı ve kazanç boşluğu içinde üretilen ısı, iyi termal iletkenliğe sahip bir alt tabaka (bakır, alüminyum nitrür vb.) kullanılarak dağıtılır ve ardından ısı, konveksiyon yoluyla dağıtılır.Bu yönteme konveksiyon soğutma denir.Konvektif ısı transferi, sıvı akışının itici gücüne göre doğal konveksiyon ve zorlamalı konveksiyon ısı dağılımına ayrılabilir.Dış kuvvetin yokluğunda, yalnızca sıvının sıcaklık farkı sıvının kendiliğinden akarak doğal taşınım dediğimiz ısı transferini gerçekleştirmesini sağlayabilir;harici bir itici güç olduğunda, yani akışkan fanlar, fanlar ve diğer bileşenler tarafından tahrik edilir.akış, böylece ısıyı uzaklaştırır, buna zorunlu konveksiyon diyoruz.Aşırı yavaş ısı dağılımı ve doğal konveksiyonun zayıf etkisi nedeniyle, lazerlerin ısı dağılımı gereksinimlerini tam olarak karşılayamaz.Bu nedenle, hava akışını hızlandırmak ve doğal konveksiyonu cebri konveksiyona dönüştürmek için tüm soğutma sistemine bir fan eklemek gerekir.
▲ Fanlı soğutma prensibi
(2) Isıyı dağıtmak için ısı borulu radyatör
Isı borusu radyatörünün ısı dağılımı, ısı borusunun ısı transferini sağlamak için kendi içindeki çalışma sıvısının faz değişimine dayandığı anlamına gelir.Bu sıvının kaynama noktası düşüktür ve buharlaşması kolaydır.Isı borusunun bir ucu, lazerin içindeki ısı alıcıya bağlı olan buharlaşma ucudur;diğer uç, harici ısı alıcıya ve fana bağlı olan yoğuşma ucudur.Tüp duvarı, kılcal gözenekli malzemelerden oluşan sıvı emici bir fitile sahiptir.Lazer ısıtıldığında, buharlaşan uç ısıtılır, çalışma sıvısı hızla buharlaşır, buhar, basınç farkı altında yoğuşma ucuna akar ve fan aracılığıyla boşaltılan ısı serbest bırakılır;aynı zamanda buhar tekrar sıvıya yoğunlaşır ve sıvı fitil vasıtasıyla buharlaşma bölümüne geri akar.(Yerçekimi ısı borusu ise, fitil yoktur ve sıvı boru duvarına yapışır ve yerçekimi ile alt buharlaşma bölümüne geri akar).Bu döngü durmaz ve ısı lazerin içinden dışarıya aktarılır.
▲ Isı borulu radyatörün ısı yayma prensibi
IPG'nin LightWELD 1500 el tipi lazer kaynak sistemi, bir ısı borulu radyatör soğutma çözümü kullanır.LightWELD'in tasarımı ve üretimi, mevcut el tipi lazer kaynak makinesinde yeni nesil değişikliklere yol açan küçük boyut ve hafiflik ile karakterize edilir.Kaynağa ek olarak, el lazer kaynağı ve temizleme fonksiyonlarını da gerçekleştirir.LightWELD el tipi lazer kaynak makinesi, ek soğutma grubu ekipmanının gerektirdiği güç tüketimini ortadan kaldırarak, soğutma grubu borularını, bileşenlerini, kontrol ve bakım bağlantılarını ortadan kaldırarak, taşınabilirliği artırırken maliyetleri düşürürken ve sistemin genel güvenilirliğini iyileştirerek hava soğutma yöntemini benimser.
▲ LightWELD 1500 Portatif Lazer Kaynak Sistemi
(Görsel internetten alınmıştır, herhangi bir ihlal varsa sildirmek için lütfen bizimle iletişime geçiniz)
(3) Kompresör soğutma ve soğutma
Kompresör soğutma ve ısı dağılımı prensibi: Kompresör soğutucu akışkanı sıkıştırır, soğutucu akışkanı yüksek sıcaklıkta ve yüksek basınçlı bir gaza dönüştürür ve harici kondansatöre akar.Yüksek sıcaklıkta ve yüksek basınçlı gaz, düşük sıcaklıkta ve yüksek basınçlı bir sıvıya yoğuşturulur ve sıvılaştırma ile oluşan ısı, fan ile makine dışına atılır.Düşük sıcaklıktaki ve yüksek basınçlı sıvı soğutucu akışkan, genleşme valfi aracılığıyla basınçsız hale getirilir ve düşük sıcaklıkta, düşük basınçlı, buharlaşması kolay bir durum haline gelir ve dahili buharlaştırıcıya akar.Buharlaştırıcı, soğutma etkisini elde etmek için lazerin iç sıcaklığını azaltmak için ısıyı emer ve ardından soğutucu akışkan, yüksek sıcaklıkta ve düşük basınçlı bir gaza buharlaşır.Evaporatör tarafından buharlaştırılan gaz soğutucu, kompresör tarafından tekrar sıkıştırılır ve ileri geri dolaştırılır, bu da makine içindeki ısı dağılımını gerçekleştirir.
▲ Kompresör soğutma ve ısı dağılımı prensibi
GW Laser tarafından piyasaya sürülen A1500W akıllı hava soğutmalı el tipi kaynak makinesi, kompresör soğutma ve ısı dağıtma şemasını kullanır.GW Laser, 976nm teknolojisinin sürekli keşfine ve yeniliğine odaklanır
976nm'lik yüksek fotoelektrik dönüştürme verimliliği ile birleştiğinde, hava soğutmalı soğutma kapasitesi sorununu yaratıcı bir şekilde çözdü ve güç tüketimi ve taşınabilirlik sorunlarını çözen sektördeki ilk hava soğutmalı 976nm teknolojisini piyasaya sürdü ve bir kez daha liderliğini sürdürdü. fiber lazerlerin teknolojik gelişme yönü.Bu model, kaynak, kesme ve temizlemenin üçü bir arada işlevini gerçekleştirmiştir.
▲ GW Laser A1500W Akıllı Hava Soğutmalı Elde Taşınabilir Kaynak Makinesi
Birkaç soğutma yönteminin karşılaştırılması
Fanlı soğutmanın yapısı nispeten basittir.Isı emicideki ısıyı ısı emiciye yayar ve ardından fanın zorunlu konveksiyonu yoluyla ısıyı dağıtmak için ısı emici ile ortam havası arasındaki sıcaklık farkını kullanır.Yaz aylarında ortam sıcaklığı çok yüksek olduğunda, soğutucu ile hava arasındaki sıcaklık farkı çok küçüktür ve ısı yayma kapasitesi büyük ölçüde azalır.Isıyı yalnızca pasif olarak dağıtabilir, çevreden büyük ölçüde etkilenir ve sıcaklığı doğru bir şekilde kontrol edemez.Avantajı, genel ekipman ve kontrol sisteminin basit olmasıdır.
Basit fan soğutma yöntemiyle karşılaştırıldığında, ısı borulu radyatör daha fazla ısı borusuna sahiptir, bu nedenle yapısı nispeten karmaşıktır.Isıyı soğutucudan soğutucuya hızlı bir şekilde aktarmak ve ardından ısıyı fan yoluyla havaya dağıtmak için çalışan malzemenin buharlaşmasına ve yoğunlaşmasına dayanır.Ayrıca, sıcaklığı doğru bir şekilde kontrol edemeyen ve çevre sıcaklığından büyük ölçüde rahatsız olan pasif ısı dağılımına aittir.
Kompresör soğutma ve ısı dağılımı şeması, aktif ısı dağılımına aittir.Kompresörün ve genleşme valfinin varlığı nedeniyle, soğutucu akışkanın akışı ve basıncı ayarlanarak sıcaklık hassas bir şekilde kontrol edilebilir.Aynı zamanda, kondansatördeki soğutucu akışkanın sıcaklığı, hızlı ısı üretimine elverişli olan ısı alıcınınkinden daha yüksektir.havaya iletilir.Kontrol sistemi daha karmaşıktır;aynı zamanda yapısı yukarıdaki iki şemaya göre çok daha karmaşık olduğu için ekipmanın hacmi ve ağırlığı da buna göre artırılmıştır.
Geleneksel fiber lazerlerin çoğu, ısıyı dağıtmak için su soğutma kullanır.İlk olarak, su kompresörlü soğutma ile soğutulur ve ardından lazer su ile soğutulur.Guanghui Laser'in hava soğutmalı ısı dağıtım şeması, lazeri soğutmak için doğrudan kompresör soğutmasını kullanır, suyun varlığını terk eder ve ara ısı transfer bağlantısını ortadan kaldırır, böylece ısı dağılımı verimliliği daha yüksektir ve hacim ve ağırlık daha küçük yapılabilir.
Laboratuvarda, yazın yüksek sıcaklıklı kullanım ortamını simüle etmek için 35°C'ye ayarlamak için sabit bir sıcaklık ve nem test kutusu kullanıyoruz ve lazerin dahili kazanç fiberinin sıcaklık değişimini farklı hava soğutma şemalarıyla test ediyoruz. tam 1500W güç..Deneysel verilerden fiber sıcaklığının ilk birkaç dakikada katlanarak arttığı ve 10 dakika civarında sabitlendiği açıkça görülmektedir.Kompresörün soğutma etkisi nedeniyle, lazer aktif olarak soğutulabilir, böylece sıcaklık 60 °C'nin altında kontrol edilebilir ve sıcaklık değişimi nispeten sabittir;diğer ikisi yalnızca pasif ısı dağılımına güvenebilirken, iç sıcaklık kompresör soğutma düzeninden biraz daha yüksektir;, Isı borusunun yüksek ısı transfer verimliliği nedeniyle, ısı lazerin içinden iyi bir şekilde dışarı aktarılabilir, bu nedenle iç sıcaklığı saf bir fanınkinden daha düşüktür ve sıcaklık artışı daha yumuşaktır.
▲ Lazer, farklı hava soğutma düzenleriyle 1,5kW lazer çıkışı verdiğinde zamanla sıcaklık değişimi
(laboratuvar verileri, gerçek saha kullanımından sapmalar olabilir)
sonsöz
Fiber lazerler alanında GW Laser her zaman küresel lazer devi IPG'yi hedefliyor.Askeri kalitede ürünler yaratmak Guanghui'nin benzersiz marka avantajıdır.Yıllar önce, GW Laser, hava soğutma ve ısı dağıtımında sürekli keşif yapmak için bilimsel araştırma güçleri düzenlemeye başladı.Gelecekte, bu yönü geliştirmeye, ürünlerin istikrarını sürekli olarak iyileştirmeye, ürün ve teknolojilerin yinelemeli yükseltmelerini gerçekleştirmeye ve daha fazla endüstrinin ihtiyaçlarını karşılamaya devam edeceğiz.işleme ihtiyaçları
Gönderim zamanı: Mart-10-2022