Rakto skylučių susidarymas ir vystymasis:
Rakto skylutės apibrėžimas: kai spinduliuotės apšvita yra didesnė nei 10 ^ 6 W/cm ^ 2, medžiagos paviršius, veikiant lazeriui, išsilydo ir išgaruoja. Kai garavimo greitis yra pakankamai didelis, susidariusio garų atatrankos slėgio pakanka, kad būtų įveiktas skysto metalo paviršiaus įtempimas ir gravitacija, todėl dalis skysto metalo yra išstumta, todėl išlydyto metalo vonelė sužadinimo zonoje nugrimzta ir susidaro mažos duobutės. Šviesos spindulys tiesiogiai veikia mažos duobutės dugną, todėl metalas toliau lydosi ir dujofikuojasi. Aukšto slėgio garai toliau verčia skystą metalą iš duobės dugno tekėti link išlydyto metalo vonelės periferijos, dar labiau gilindami mažą duobutę. Šis procesas tęsiasi, galiausiai skystame metale susidarant rakto skylutei panašiai angai. Kai lazerio spindulio mažoje angoje susidarantis metalo garų slėgis pasiekia pusiausvyrą su skysto metalo paviršiaus įtempimu ir gravitacija, maža angelė nebegilėja ir susidaro gylyje stabili angelė, tai vadinama „mažos angos efektu“.
Lazerio spinduliui judant ruošinio atžvilgiu, maža skylutė turi šiek tiek atgal išlenktą priekį ir aiškiai pasvirusį apverstą trikampį gale. Priekinis mažos skylutės kraštas yra lazerio veikimo sritis, kurioje yra aukšta temperatūra ir didelis garų slėgis, o galinio krašto temperatūra yra santykinai žema, o garų slėgis mažas. Esant tokiam slėgio ir temperatūros skirtumui, išlydytas skystis teka aplink mažą skylutę nuo priekinio galo iki galinio galo, sudarydamas sūkurį mažos skylutės gale ir galiausiai sukietėja ties galiniu kraštu. Lazerinio modeliavimo ir realaus suvirinimo būdu gauta rakto skylutės dinaminė būsena parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Mažų skylučių morfologija ir aplinkinio išlydyto skysčio tekėjimas skirtingu greičiu.
Dėl mažų skylučių lazerio spindulio energija prasiskverbia į medžiagos vidų ir suformuoja šią gilią ir siaurą suvirinimo siūlę. Tipinė lazerio gilaus įsiskverbimo suvirinimo siūlės skerspjūvio morfologija parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis yra artimas rakto skylutės gyliui (tiksliau, metalografinis sluoksnis yra 60–100 μm gilesnis už rakto skylutę, vienu skysčio sluoksniu mažiau). Kuo didesnis lazerio energijos tankis, tuo gilesnė maža skylutė ir tuo didesnis suvirinimo siūlės įsiskverbimo gylis. Atliekant didelio galingumo lazerinį suvirinimą, didžiausias suvirinimo siūlės gylio ir pločio santykis gali siekti 12:1.
Absorbcijos analizėlazerio energijapro rakto skylutę
Prieš susidarant mažoms skylutėms ir plazmai, lazerio energija daugiausia perduodama į ruošinio vidų per šilumos laidumą. Suvirinimo procesas priskiriamas laidiniam suvirinimui (skverbimo gylis mažesnis nei 0,5 mm), o lazerio sugerties greitis medžiagoje yra nuo 25 iki 45 %. Suformavus skylutę, lazerio energija daugiausia sugeriama ruošinio viduje per skylutės efektą, todėl suvirinimo procesas tampa gilaus skverbimosi suvirinimu (skverbimo gylis didesnis nei 0,5 mm). Sugerties greitis gali siekti daugiau nei 60–90 %.
Rakto skylutės efektas vaidina itin svarbų vaidmenį didinant lazerio spindulio absorbciją apdorojimo metu, pavyzdžiui, lazerinio suvirinimo, pjovimo ir gręžimo metu. Į rakto skylutę patekęs lazerio spindulys beveik visiškai sugeriamas dėl daugybės atspindžių nuo skylės sienelės.
Paprastai manoma, kad lazerio energijos sugerties mechanizmas rakto skylutėje apima du procesus: atvirkštinę absorbciją ir Frenelio absorbciją.
Slėgio balansas rakto skylutės viduje
Lazerinio giluminio suvirinimo metu medžiaga smarkiai garuoja, o aukštos temperatūros garų sukuriamas plėtimosi slėgis išstumia skystą metalą, suformuodamas mažas skylutes. Be medžiagos garų slėgio ir abliacijos slėgio (dar vadinamo garavimo reakcijos jėga arba atatrankos slėgiu), taip pat yra paviršiaus įtempimas, skysčio statinis slėgis, kurį sukelia gravitacija, ir skysčio dinaminis slėgis, kurį sukuria išlydytos medžiagos tekėjimas mažoje skylutėje. Iš šių slėgių tik garų slėgis palaiko mažos skylutės atvirumą, o kitos trys jėgos stengiasi ją uždaryti. Norint išlaikyti rakto skylutės stabilumą suvirinimo proceso metu, garų slėgis turi būti pakankamas, kad įveiktų kitą pasipriešinimą ir pasiektų pusiausvyrą, išlaikant ilgalaikį rakto skylutės stabilumą. Paprastumo dėlei paprastai manoma, kad rakto skylutės sienelę veikiančios jėgos daugiausia yra abliacijos slėgis (metalo garų atatrankos slėgis) ir paviršiaus įtempimas.
Rakto skylutės nestabilumas
Anotacija: Lazeris veikia medžiagų paviršių, sukeldamas didelio kiekio metalo išgaravimą. Atatrankos slėgis spaudžia išlydytą metalą, suformuodamas rakto skylutes ir plazmą, todėl padidėja lydymosi gylis. Judėjimo metu lazeris atsitrenkia į rakto skylutės priekinę sienelę, o lazerio sąlyčio su medžiaga vieta sukelia didelį medžiagos garavimą. Tuo pačiu metu rakto skylutės sienelė praranda masę, o garavimas sukuria atatrankos slėgį, kuris spaudžia skystą metalą, sukeldamas rakto skylutės vidinės sienelės svyravimą žemyn ir judėjimą rakto skylutės dugnu link išlydyto metalo galo. Dėl skysto išlydyto metalo svyravimų nuo priekinės sienelės iki galinės sienelės, tūris rakto skylutės viduje nuolat kinta. Atitinkamai kinta ir vidinis slėgis rakto skylutės viduje, todėl keičiasi išpurškiamos plazmos tūris. Plazmos tūrio pokytis lemia lazerio energijos ekranavimo, refrakcijos ir absorbcijos pokyčius, o tai lemia lazerio, pasiekiančio medžiagos paviršių, energijos pokyčius. Visas procesas yra dinamiškas ir periodiškas, todėl galiausiai susidaro pjūklo formos ir banguotas metalo įsiskverbimas, o suvirinimo siūlė nėra lygaus ir vienodo įsiskverbimo. Paveikslėlyje pateiktas suvirinimo siūlės centro skerspjūvis, gautas išilgai pjaunant lygiagrečiai suvirinimo siūlės centrui, taip pat realiuoju laiku matuojamas rakto skylės gylio kitimas.IPG-LDD kaip įrodymas.
Pagerinkite rakto skylutės stabilumo kryptį
Giluminio lazerinio suvirinimo metu mažos skylės stabilumą galima užtikrinti tik dinamiškai subalansuojant įvairius slėgius skylės viduje. Tačiau lazerio energijos sugėrimas skylės sienelėje ir medžiagų garavimas, metalo garų išstūmimas už mažos skylės ribų ir mažos skylės bei išlydyto metalo judėjimas į priekį yra labai intensyvūs ir greiti procesai. Esant tam tikroms proceso sąlygoms, tam tikrais suvirinimo proceso momentais yra tikimybė, kad mažos skylės stabilumas kai kuriose vietose gali būti sutrikdytas, dėl to gali atsirasti suvirinimo defektų. Būdingiausi ir dažniausiai pasitaikantys yra mažų porų tipo poringumo defektai ir taškymasis, atsirandantis dėl rakto skylės kolapso;
Taigi, kaip stabilizuoti rakto skylutę?
Rakto skylutės skysčio svyravimas yra gana sudėtingas ir apima per daug veiksnių (temperatūros lauką, srauto lauką, jėgos lauką, optoelektroninę fiziką), kuriuos galima paprastai apibendrinti į dvi kategorijas: paviršiaus įtempties ir metalo garų atatrankos slėgio santykis; metalo garų atatrankos slėgis tiesiogiai veikia rakto skylučių susidarymą, kuris yra glaudžiai susijęs su rakto skylučių gyliu ir tūriu. Tuo pačiu metu, kaip vienintelė į viršų judanti metalo garų medžiaga suvirinimo procese, ji taip pat yra glaudžiai susijusi su taškymosi atsiradimu; paviršiaus įtempimas turi įtakos išlydyto metalo vonios tekėjimui;
Taigi, stabilus lazerinio suvirinimo procesas priklauso nuo paviršiaus įtempties pasiskirstymo gradiento palaikymo išlydytoje vonioje, kad nebūtų per didelių svyravimų. Paviršiaus įtempimas yra susijęs su temperatūros pasiskirstymu, o temperatūros pasiskirstymas – su šilumos šaltiniu. Todėl kompozitinis šilumos šaltinis ir svyravimo suvirinimas yra potencialios techninės kryptys stabiliam suvirinimo procesui;
Metalo garų ir rakto skylės tūrio matavimas turi atsižvelgti į plazmos efektą ir rakto skylės angos dydį. Kuo didesnė anga, tuo didesnė rakto skylė, o lydalo baseino apatinio taško svyravimai yra nereikšmingi, todėl bendras rakto skylės tūris ir vidinio slėgio pokyčiai yra santykinai maži; taigi galima išplėsti tokias kryptis kaip reguliuojamas žiedinis lazeris (žiedinis lazerio spindulys), lazerio lanko rekombinacija, dažnio moduliacija ir kt.
Įrašo laikas: 2023 m. gruodžio 1 d.
