Raktų skylučių formavimas ir vystymas:
Rakto skylutės apibrėžimas: kai spinduliuotės apšvita yra didesnė nei 10 ^ 6 W/cm ^ 2, medžiagos paviršius tirpsta ir išgaruoja veikiant lazeriu. Kai garavimo greitis yra pakankamai didelis, susidaręs garų atatrankos slėgis yra pakankamas, kad įveiktų skysto metalo paviršiaus įtempimą ir skysčio gravitaciją, taip išstumiant dalį skysto metalo, todėl išlydytasis telkinys sužadinimo zonoje nuskendo ir susidaro mažos duobės. ; Šviesos spindulys tiesiogiai veikia mažos duobės dugną, todėl metalas toliau tirpsta ir dujoja. Aukšto slėgio garai ir toliau verčia duobės dugne esantį skystą metalą tekėti link išlydyto baseino periferijos, dar labiau pagilinant mažą skylę. Šis procesas tęsiasi ir galiausiai skystame metale susidaro rakto skylutė. Kai metalo garų slėgis, kurį sukuria lazerio spindulys mažoje skylėje, pasiekia pusiausvyrą su skysto metalo paviršiaus įtempimu ir gravitacija, maža skylė nebegilės ir suformuoja gyliui stabilią mažą skylę, kuri vadinama „mažos skylės efektu“. .
Kai lazerio spindulys juda ruošinio atžvilgiu, maža skylė rodo šiek tiek atgal išlenktą priekį ir aiškiai pasvirusį apverstą trikampį gale. Priekinis mažos skylės kraštas yra lazerio veikimo sritis su aukšta temperatūra ir aukštu garų slėgiu, o temperatūra išilgai galinio krašto yra palyginti žema, o garų slėgis mažas. Esant tokiam slėgio ir temperatūrų skirtumui, išlydytas skystis teka aplink mažą skylę nuo priekinio galo iki galinio galo, sudarydamas sūkurį mažos skylės galiniame gale ir galiausiai sukietėja galiniame krašte. Lazerinio modeliavimo ir faktinio suvirinimo būdu gautos rakto skylutės dinaminė būsena parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje „Mažų skylučių morfologija ir aplinkinio išlydyto skysčio srautas važiuojant skirtingu greičiu“.
Dėl mažų skylučių lazerio spindulio energija prasiskverbia į medžiagos vidų, sudarydama šią gilią ir siaurą suvirinimo siūlę. Tipinė lazerio giluminio įsiskverbimo suvirinimo siūlės skerspjūvio morfologija parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis yra artimas rakto skylutės gyliui (tiksliau, metalografinis sluoksnis yra 60-100 um gilesnis už rakto skylutę, vienu skysčio sluoksniu mažiau). Kuo didesnis lazerio energijos tankis, tuo gilesnė maža skylė ir didesnis suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis. Didelės galios lazerinio suvirinimo metu maksimalus suvirinimo siūlės gylio ir pločio santykis gali siekti 12:1.
Absorbcijos analizėlazerio energijapagal rakto skylutę
Prieš formuojant mažas skylutes ir plazmą, lazerio energija šilumos laidumo būdu daugiausia perduodama į ruošinio vidų. Suvirinimo procesas priklauso laidžiajam suvirinimui (kai įsiskverbimo gylis mažesnis nei 0,5 mm), o lazerio medžiagos absorbcijos greitis yra 25–45%. Susidarius rakto skylutei, lazerio energiją daugiausia sugeria ruošinio vidus per rakto skylutės efektą, o suvirinimo procesas tampa giluminio įsiskverbimo suvirinimu (kai įsiskverbimo gylis didesnis nei 0,5 mm). Sugerties greitis gali pasiekti virš 60-90 proc.
Rakto skylutės efektas vaidina itin svarbų vaidmenį didinant lazerio sugertį apdorojimo, pavyzdžiui, lazerinio suvirinimo, pjovimo ir gręžimo, metu. Lazerio spindulys, patenkantis į rakto skylutę, beveik visiškai sugeriamas per daugybę atspindžių nuo skylės sienelės.
Paprastai manoma, kad lazerio energijos sugerties mechanizmas rakto skylutės viduje apima du procesus: atvirkštinę absorbciją ir Frenelio absorbciją.
Slėgio balansas rakto skylutės viduje
Lazerinio giluminio suvirinimo metu medžiaga smarkiai išgaruoja, o aukštos temperatūros garų sukuriamas plėtimosi slėgis išstumia skystą metalą, sudarydamas mažas skylutes. Be medžiagos garų slėgio ir abliacijos slėgio (taip pat žinomo kaip garavimo reakcijos jėga arba atatrankos slėgis), taip pat yra paviršiaus įtempimas, skysčio statinis slėgis, kurį sukelia gravitacija, ir skysčio dinaminis slėgis, atsirandantis dėl išlydytos medžiagos srauto viduje. maža skylė. Tarp šių slėgių tik garų slėgis palaiko mažos skylės atidarymą, o kitos trys jėgos siekia uždaryti mažą skylę. Norint išlaikyti rakto skylutės stabilumą suvirinimo proceso metu, garų slėgis turi būti pakankamas, kad būtų įveiktas kitas pasipriešinimas ir būtų pasiekta pusiausvyra, išlaikant ilgalaikį rakto skylės stabilumą. Paprastumo dėlei paprastai manoma, kad jėgos, veikiančios rakto skylutės sienelę, daugiausia yra abliacijos slėgis (metalo garų atatrankos slėgis) ir paviršiaus įtempimas.
Rakto skylutės nestabilumas
Fonas: Lazeris veikia medžiagų paviršių, todėl išgaruoja daug metalo. Atatrankos slėgis spaudžia išlydytą baseiną, sudarydamas raktų skylutes ir plazmą, todėl padidėja lydymosi gylis. Judėjimo metu lazeris atsitrenkia į priekinę rakto skylutės sienelę, o padėtis, kurioje lazeris liečiasi su medžiaga, stipriai išgaruos. Tuo pačiu metu rakto skylutės sienelė praras masę, o išgaruojant susidarys atatrankos slėgis, kuris prislėgs skystą metalą, todėl vidinė rakto skylutės sienelė svyruos žemyn ir judės aplink rakto skylutės apačią link išlydyto baseino gale. Dėl skysto išlydyto baseino svyravimo nuo priekinės sienelės iki galinės sienelės, tūris rakto skylutės viduje nuolat kinta, atitinkamai kinta ir rakto skylutės vidinis slėgis, todėl pasikeičia išpurškiamos plazmos tūris. . Dėl plazmos tūrio pasikeitimo keičiasi ekranavimas, lūžis ir lazerio energijos sugertis, todėl keičiasi lazerio, pasiekiančio medžiagos paviršių, energija. Visas procesas yra dinamiškas ir periodiškas, todėl metalas prasiskverbia danties pavidalu ir banguoja, o sklandžiai vienodo įsiskverbimo suvirinimo siūlės nėra. Aukščiau pateiktas paveikslas yra suvirinimo siūlės centro skerspjūvio vaizdas, gautas išilginiu pjovimu lygiagrečiai suvirinimo siūlės centras, taip pat realiu laiku matuojamas rakto skylės gylio kitimasIPG-LDD kaip įrodymas.
Pagerinkite rakto skylutės stabilumo kryptį
Lazerinio giluminio suvirinimo metu mažos skylės stabilumą gali užtikrinti tik dinaminis įvairių slėgių balansas skylės viduje. Tačiau lazerio energijos absorbcija skylės sienelėje ir medžiagų išgarinimas, metalo garų išmetimas už mažos skylės ribų ir mažos skylės bei išlydyto baseino judėjimas į priekį yra labai intensyvūs ir greiti procesai. Esant tam tikroms proceso sąlygoms, tam tikrais suvirinimo proceso momentais, yra tikimybė, kad vietinėse vietose gali sutrikti mažos skylės stabilumas, dėl ko gali atsirasti suvirinimo defektų. Būdingiausi ir dažniausiai pasitaikantys yra mažų porų tipo poringumo defektai ir purslai, atsirandantys dėl rakto skylutės griuvimo;
Taigi, kaip stabilizuoti rakto skylutę?
Rakto skylutės skysčio svyravimai yra gana sudėtingi ir apima per daug veiksnių (temperatūros laukas, srauto laukas, jėgos laukas, optoelektroninė fizika), kuriuos galima tiesiog apibendrinti į dvi kategorijas: paviršiaus įtempimo ir metalo garų atatrankos slėgio santykis; Metalo garų atatrankos slėgis tiesiogiai veikia raktų skylučių susidarymą, kuris yra glaudžiai susijęs su raktų skylučių gyliu ir tūriu. Tuo pačiu metu, kaip vienintelė aukštyn judanti metalo garų medžiaga suvirinimo procese, ji taip pat glaudžiai susijusi su purslų atsiradimu; Paviršiaus įtempimas veikia išlydyto baseino srautą;
Taigi stabilus suvirinimo lazeriu procesas priklauso nuo paviršiaus įtempimo pasiskirstymo gradiento išlaikymo išlydytame baseine be didelių svyravimų. Paviršiaus įtempis yra susijęs su temperatūros pasiskirstymu, o temperatūros pasiskirstymas yra susijęs su šilumos šaltiniu. Todėl kompozitinis šilumos šaltinis ir svyruojantis suvirinimas yra potencialios techninės kryptys stabiliam suvirinimo procesui;
Metalo garai ir rakto skylutės tūris turi atkreipti dėmesį į plazmos efektą ir rakto skylutės angos dydį. Kuo didesnė anga, tuo didesnė rakto skylutė ir nežymūs svyravimai lydymosi baseino dugno taške, kurie turi palyginti nedidelę įtaką bendram rakto skylutės tūriui ir vidinio slėgio pokyčiams; Taigi reguliuojamo žiedinio režimo lazeris (žiedinis taškas), lazerio lanko rekombinacija, dažnio moduliacija ir t.t. yra visos kryptys, kurias galima išplėsti.
Paskelbimo laikas: 2023-12-01
