השוואת ריתוך לייזר עם מצב יחיד-מולטי-מצב-טבעתי-היבריד

ריתוך הוא תהליך של חיבור שתי מתכות או יותר יחד באמצעות הפעלת חום. ריתוך כרוך בדרך כלל בחימום חומר לנקודת ההיתוך שלו כך שהמתכת הבסיסית תימס כדי למלא את הרווחים בין המפרקים, ויוצרת חיבור חזק. ריתוך בלייזר היא שיטת חיבור המשתמשת בלייזר כמקור חום.

קחו את סוללת החשמל של המארז המרובע כדוגמה: ליבת הסוללה מחוברת בלייזר דרך חלקים מרובים. במהלך כל תהליך ריתוך הלייזר, חוזק חיבור החומר, יעילות הייצור ושיעור הפגמים הם שלושה נושאים שהתעשייה מודאגת מהם יותר. חוזק חיבור החומר יכול להשתקף על ידי עומק החדירה המטאלוגרפית והרוחב (קשור הדוק למקור אור הלייזר); יעילות הייצור קשורה בעיקר ליכולת העיבוד של מקור אור הלייזר; שיעור הפגמים קשור בעיקר לבחירת מקור אור הלייזר; לכן, מאמר זה דן באלה הנפוצים בשוק. נערכת השוואה פשוטה של ​​מספר מקורות אור לייזר, בתקווה לעזור למפתחי תהליכים אחרים.

כִּיריתוך לייזרהוא בעצם תהליך המרת אור לחום, מספר פרמטרים מרכזיים המעורבים הם כדלקמן: איכות האלומה (BBP, M2, זווית סטייה), צפיפות אנרגיה, קוטר הליבה, צורת חלוקת אנרגיה, ראש ריתוך אדפטיבי, חלונות עיבוד וחומרים הניתנים לעיבוד משמשים בעיקר לניתוח והשוואה של מקורות אור לייזר מכיוונים אלו.

השוואת לייזר יחיד-מודד

הגדרה של ריבוי מצבים במצב יחיד:

מצב יחיד מתייחס לדפוס חלוקה יחיד של אנרגיית לייזר במישור דו מימדי, בעוד שמצב ריבוי מתייחס לדפוס חלוקת האנרגיה המרחבית הנוצר על ידי סופרפוזיציה של דפוסי הפצה מרובים. באופן כללי, ניתן להשתמש בגודל של גורם איכות הקרן M2 כדי לשפוט אם פלט הלייזר הסיב הוא מצב יחיד או רב-מוד: M2 פחות מ-1.3 הוא לייזר חד-מוד טהור, M2 בין 1.3 ל-2.0 הוא מעין- לייזר במצב יחיד (מצבים מעטים), ו-M2 גדול מ-2.0. עבור לייזרים מולטי-מודים.

כִּיריתוך לייזרהוא בעצם תהליך המרת אור לחום, מספר פרמטרים מרכזיים המעורבים הם כדלקמן: איכות האלומה (BBP, M2, זווית סטייה), צפיפות אנרגיה, קוטר הליבה, צורת חלוקת אנרגיה, ראש ריתוך אדפטיבי, חלונות עיבוד וחומרים הניתנים לעיבוד משמשים בעיקר לניתוח והשוואה של מקורות אור לייזר מכיוונים אלו.

השוואת לייזר יחיד-מודד

הגדרה של ריבוי מצבים במצב יחיד:

מצב יחיד מתייחס לדפוס חלוקה יחיד של אנרגיית לייזר במישור דו מימדי, בעוד שמצב ריבוי מתייחס לדפוס חלוקת האנרגיה המרחבית הנוצר על ידי סופרפוזיציה של דפוסי הפצה מרובים. באופן כללי, ניתן להשתמש בגודל של גורם איכות הקרן M2 כדי לשפוט אם פלט הלייזר הסיב הוא מצב יחיד או רב-מוד: M2 פחות מ-1.3 הוא לייזר חד-מוד טהור, M2 בין 1.3 ל-2.0 הוא מעין- לייזר במצב יחיד (מצבים מעטים), ו-M2 גדול מ-2.0. עבור לייזרים מולטי-מודים.

כפי שמוצג באיור: איור ב' מציג את התפלגות האנרגיה של מצב בסיסי יחיד, והתפלגות האנרגיה בכל כיוון העובר במרכז המעגל היא בצורה של עקומה גאוסית. תמונה א' מציגה את התפלגות האנרגיה מרובת מצבים, שהיא התפלגות האנרגיה המרחבית שנוצרת על ידי סופרפוזיציה של מספר מצבי לייזר בודדים. התוצאה של סופרפוזיציה מרובת מצבים היא עקומה עליון שטוח.

לייזרים במצב יחיד נפוצים: IPG YLR-2000-SM, SM הוא הקיצור של Single Mode. החישובים משתמשים בפוקוס קולימטיבי 150-250 כדי לחשב את גודל נקודת המיקוד, צפיפות האנרגיה היא 2000W, וצפיפות אנרגיית המיקוד משמשת להשוואה.

השוואה בין מצב יחיד ורב מצבריתוך לייזראפקטים

לייזר חד מצב: קוטר ליבה קטן, צפיפות אנרגיה גבוהה, יכולת חדירה חזקה, אזור קטן מושפע חום, בדומה לסכין חדה, מתאים במיוחד לריתוך פלטות דקות ולריתוך במהירות גבוהה, וניתן להשתמש בו עם גלוונומטרים לעיבוד זעיר חלקים וחלקים מחזירי אור (חלקים מחזירי אור במיוחד) אוזניים, חלקי חיבור וכו'), כפי שמוצג באיור לעיל, למצב יחיד יש חור מפתח קטן יותר ונפח מוגבל של אדי מתכת פנימיים בלחץ גבוה, כך שבדרך כלל אין יש פגמים כגון נקבוביות פנימיות. במהירויות נמוכות, המראה מחוספס מבלי לנשוף אוויר מגן. במהירויות גבוהות מתווספת הגנה. איכות עיבוד הגז טובה, היעילות גבוהה, הריתוכים חלקים ושטוחים ושיעור התפוקה גבוה. זה מתאים לריתוך מחסנית וריתוך חדירה.

לייזר רב מצבים: קוטר ליבה גדול, צפיפות אנרגיה מעט נמוכה יותר מלייזר במצב יחיד, סכין קהה, חור מפתח גדול יותר, מבנה מתכת עבה יותר, יחס עומק לרוחב קטן יותר, ובאותו הספק, עומק החדירה נמוך ב-30% מזה של לייזר במצב יחיד, כך שהוא מתאים לשימוש מתאים לעיבוד ריתוך קת ועיבוד לוחות עבים עם פערי הרכבה גדולים.

ניגודיות לייזר טבעת מורכבת

ריתוך היברידי: קרן הלייזר המוליך למחצה באורך גל של 915 ננומטר וקרן הלייזר הסיבית באורך גל של 1070 ננומטר משולבות באותו ראש ריתוך. שתי קרני הלייזר מפוזרות קואקסית וניתן להתאים את מישורי המוקד של שתי קרני הלייזר בצורה גמישה, כך שלמוצר יש שני מוליכים למחצהריתוך לייזריכולות לאחר ריתוך. האפקט בהיר ויש לו עומק של סיביםריתוך לייזר.

מוליכים למחצה משתמשים לרוב בנקודת אור גדולה של יותר מ-400um, אשר אחראית בעיקר על חימום מוקדם של החומר, המסת פני החומר והגברת קצב הספיגה של החומר בלייזר סיבים (קצב הספיגה של החומר בלייזר עולה ככל שהטמפרטורה עולה)

לייזר טבעת: שני מודולי לייזר סיבים פולטים אור לייזר, אשר מועבר אל פני החומר דרך סיב אופטי מורכב (סיב אופטי טבעת בתוך סיב אופטי גלילי).

שתי קרני לייזר עם נקודה טבעתית: הטבעת החיצונית אחראית על הרחבת פתח חור המנעול והמסת החומר, והלייזר הטבעתי הפנימי אחראי על עומק החדירה, המאפשר ריתוך ניתזים נמוך במיוחד. ניתן להתאים באופן חופשי את קוטר ליבות הלייזר הטבעתי והחיצוני, וניתן להתאים את קוטר הליבה באופן חופשי. חלון התהליך גמיש יותר מזה של קרן לייזר בודדת.

השוואה בין אפקטי ריתוך מרוכבים-מעגליים

מכיוון שריתוך היברידי הוא שילוב של ריתוך מוליכות תרמית מוליכים למחצה וריתוך חדירה עמוקה של סיבים אופטיים, חדירת הטבעת החיצונית רדודה יותר, המבנה המטאלוגרפי חד ודק יותר; יחד עם זאת, המראה הוא מוליכות תרמית, לבריכה המותכת יש תנודות קטנות, טווח גדול, והבריכה המותכת יציבה יותר, המשקפת מראה חלק יותר.

מכיוון שהלייזר הטבעתי הוא שילוב של ריתוך חדירה עמוק וריתוך חדירה עמוקה, הטבעת החיצונית יכולה גם לייצר עומק חדירה, שיכול להרחיב ביעילות את פתח חור המנעול. לאותו כוח יש עומק חדירה גדול יותר ומטאלוגרפיה עבה יותר, אך יחד עם זאת, היציבות של הבריכה המותכת מעט פחותה מהתנודתיות של מוליכים למחצה של סיבים אופטיים מעט יותר גדולה מזו של ריתוך מרוכב, והחספוס גדול יחסית.