Существует два типа волоконных лазеров: одномодовые-модовые и многомодовые-модовые. Их различия в приложениях микросварки необходимо учитывать при выборе лучшего из них.
В одномодовых волоконных-лазерах используются волокна с диаметром сердцевины около 9 микрон для создания сфокусированных лучей размером всего 10 микрон. Это делает их идеальными для лазерной резки. Однако при сварке узкая ширина сварного шва может не соответствовать большинству допусков производственной сборки.
Многомодовые волоконные лазеры генерируют луч с «плоской вершиной» меньшей интенсивности и большей однородности за счет использования волокон с диаметром сердцевины 50–300 микрон. Это облегчает расширение зоны плавления и лучше удовлетворяет потребности лазерной микросварки, в отличие от других типов лазеров.
На этом рисунке показан выход лазера из волокна и сечение-интенсивности мощности в двух режимах.
Рассмотрите возможность лазерной центровки сварных соединений. Для выравнивания балки по линии соединения обычно требуется размер пятна не менее 200 микрон из-за допусков на положение укладки и зазора между свариваемыми кромками. Однако для получения такого большого пятна с помощью одномодового волоконного лазера потребуется фокусное расстояние 2–3 фута, что нецелесообразно для сварочных систем. Кроме того, сила центра одномодового лазера уменьшается по направлению к краю, что приводит к концентрации энергии на небольшой площади. Зазоры в соединении могут вызвать проблемы со сваркой, такие как подрезы или незаполненные области. Кроме того, высокая интенсивность лазера позволяет удалить излишки материала.
Лучи многомодового волоконного лазера обеспечивают равномерное распределение интенсивности для стабильного процесса сварки. На них меньше влияют зазоры на сварочной поверхности, и они имеют более прочный профиль, который может расплавить больше материала, эффективно перекрывая любые зазоры, необходимые для успешной сварки.
Поперечное-сечение сварного шва одно-и многомодовых-лазеров из нержавеющей стали толщиной 0,06-дюйма показано ниже.
Используемый одномодовый волоконный лазер имел мощность 500 Вт, скорость 300 изображений в минуту и размер пятна 30 микрон. Использованный многомодовый волоконный лазер имел мощность 700 Вт, скорость 100 изображений в минуту и размер пятна 150 микрон. Второй многомодовый волоконный лазер имел мощность 1 кВт, скорость 80 изображений в минуту и размер пятна 250 микрон.
Выбор правильной технологии: одномодовые и многомодовые лазеры
Когда дело доходит долазерная микросваркаВыбор подходящего режима волоконного лазера имеет решающее значение для достижения оптимального качества сварки и поддержания-экономической эффективности. Выбор между одномодовыми- и многомодовыми волоконными лазерами в основном зависит от допусков вашей производственной сборки, конфигурации соединений и толщины материала. Чтобы помочь вам принять обоснованное решение для вашего промышленного применения, мы суммировали ключевые различия, технические параметры и экспериментальные данные о производительности обоих типов лазеров в подробной сравнительной таблице ниже:
| Метрики сравнения | Одномодовый волоконный-лазер | Многомодовый волоконный лазер |
| Диаметр ядра | Приблизительно. 9 микрон | 50–300 микрон |
| Размер фокусного пятна | Фокусировка примерно до . 10 микронов. | Обычно требуется 200 микрон или больше (в экспериментальных испытаниях используются 150 и 250 микрон) |
| Профиль и интенсивность луча | Узкий луч; энергоемкость снижается к краю; высококонцентрированная энергия на крошечной площади. | Создает профиль луча с «плоской вершиной» с более низкой пиковой интенсивностью и более высокой однородностью. |
| Адаптация допусков сборки | Бедный. Узкая ширина сварного шва может не соответствовать большинству допусков производственной сборки; требует чрезвычайно высокой точности соосности соединений. | Хороший. Равномерное распределение интенсивности обеспечивает стабильный процесс сварки и меньше подвержено влиянию зазоров на сварочной поверхности. |
| Риски дефектов суставного зазора | Высокий. Зазоры могут вызвать проблемы со сваркой, такие как подрезы или незаполненные области; высокая интенсивность лазера также может удалить излишки материала. | Низкий. Обладает более прочным профилем луча, который плавит больше материала, эффективно перекрывая необходимые зазоры для успешной сварки. |
| Типичные сценарии применения | 1. Идеально подходит для лазерной резки. 2. Подходит для высокоскоростной-сварки внахлестку и плотных соединений, требующих меньшей мощности лазера при достижении желаемой глубины провара. |
1. Идеально подходит для лазерной микросварки. 2. Хорошо-подходит для стандартных и прецизионных сварочных работ, где требуются монтажные зазоры и сварные швы определенной ширины. |
| Сравнение экспериментальных данных (на нержавеющей стали толщиной 0,06 дюйма). |
Мощность: 500 Вт Скорость: 300 изображений в минуту Размер пятна: 30 микрон (Особенность: достигается желаемая глубина проникновения при меньшей мощности) |
Случай 1: Мощность: 700 Вт / Скорость: 100 изображений в минуту / Размер пятна: 150 микрон Случай 2: Мощность: 1 кВт / Скорость: 80 изображений в минуту / Размер пятна: 250 микрон (Особенность: обеспечивает более стабильный процесс и более широкий профиль сварного шва) |
В некоторых случаях одномодовые-волоконные лазеры полезны для лазерной микросварки. Их можно использовать для высокоскоростной-сварки внахлестку и плотных соединений с меньшей мощностью лазера, сохраняя при этом желаемую глубину провара. Для этой цели также можно использовать многомодовые лазеры.