Мультифизическое моделирование процессов лазерной сварки с динамическим лучом

Специалисты по лазерам из Венского технического университета, TU Wien, сотрудничали с Civan Lasers, Иерусалим, для имитации революционной лазерной технологии с динамическим лучом. Как первое и единственное программное обеспечение для мультифизического моделирования, способное моделировать частоты мегагерцового уровня динамических лазеров, dynamic beam lasers, DBL, Civan, эта работа улучшает понимание того, как эти формирующие луч лазеры влияют на управление динамикой сопла и расплавленной ванны. Возможности лазера Civan по формированию луча открывают новые возможности для повышения качества и скорости сварки во многих сложных современных приложениях, поясняет профессор Андреас Отто из Института технологии производства и фотонных технологий Технического университета Вены. Это действительно важное событие, которое определит будущее технологии лазерной обработки материалов и даже откроет возможности для разработки совершенно новых приложений.

Давая предоставление о влиянии формы и частоты каждого луча на динамику сопла и ванны расплава, этот инструмент моделирования будет играть решающую роль в разработке процессов, помогая оптимизировать форму и частоту луча для различных приложений лазерной обработки материалов.

Текущие модели посвящены стыковой сварке труб из нержавеющей стали с зазором. Будущее сотрудничество будет нацелено на другие виды сварки, сверления и обработки поверхности с использованием различных материалов. Особенно сложной задачей была сварка трубы из нержавеющей стали встык.

Из-за ограниченной точности отрезанных торцов труб и ограничений системы зажима зазор был небольшим. Порядка десятков микрон, вплоть до нескольких сотен микрон. В этом процессе сварки, в котором использовались стандартные статические лазерные источники, не использовался присадочный материал, в результате чего возник разрыв на линии контакта и некачественные сварные швы.

Для того, чтобы найти решение, Civan пр овела эксперименты со своим DBL, а затем сотрудничала с TU Wien, чтобы смоделировать процесс. Результатом стало лучшее понимание того, почему одни формы работают лучше, чем другие.

Моделирование также помогло разработать альтернативные формы луча, которые могли бы подойти для решения этой проблемы, и привело к разработке общих рекомендаций по проектированию подходящих форм луча для таких ситуаций.

В то время как современные решения для формирования луча, такие, как дифракционные оптические элементы, не могут быть изменены в процессе, использование колебаний луча со сканерами и волокнами «два в одном» привело к улучшению процессов в последние годы.

Однако такие механические сканеры часто не могут меняться достаточно быстро, чтобы свести к минимуму проблемы нестабильности сопла. Напротив, запатентованная Civan комбинация когерентных лучей модулирует форму луча по желанию на мегагерцовых частотах без каких-либо движущихся частей.

Лазеры Civan используют объединение когерентных лучей оптической фазированной решетки, которое объединяет множество одномодовых лазерных лучей в один больший луч. Каждый лазер излучает свой собственный свет, который перекрывается другими лучами в дальней зоне, создавая дифракционную картину, открывающую гибкость, необходимую для простого управления формой луча в реальном времени для создания DBL.

Используя фазовые модуляторы для управления отдельными лучами, результирующую интерференционную картину можно изменить, чтобы максимизировать положение пятна луча и создать различные узоры формы, вписываемые движением луча, и все это можно делать на частотах до сотен мегагерц.

У нас есть очень мощный инструмент, обеспечивающий комплексное управление многими параметрами. Такими, как форма луча, частота формы, последовательность формы и управление фокусом, говорит доктор Эяль Шекель, генеральный директор Civan. До сих пор мы руководствовались базовой теорией, интуицией и опытом при оптимизации процессов.

Новый инструмент моделирования доктора Андреаса Отто для производственных процессов на лучевой основе дает ключевое представление о динамике сопла, ванны расплава и повторного затвердевания, поэтому любая проблема должна начинаться с такого хорошего моделирования, как это.