Lazerinio suvirinimo purslų susidarymo mechanizmas ir slopinimo schema

Suvirinimo taškymo defekto apibrėžimas: Suvirinimo taškymasis – tai išlydyto metalo lašeliai, išmesti iš išlydyto metalo vonios suvirinimo proceso metu. Šie lašeliai gali nukristi ant aplinkinio darbinio paviršiaus, sukeldami paviršiaus šiurkštumą ir nelygumus, taip pat gali pabloginti išlydyto metalo kokybę, dėl ko suvirinimo paviršiuje gali atsirasti įlenkimų, sprogimo taškų ir kitų defektų, turinčių įtakos suvirinimo mechaninėms savybėms.

Suvirinimo taškymasis – tai išlydyto metalo lašeliai, išmesti iš išlydyto metalo vonios suvirinimo proceso metu. Šie lašeliai gali nukristi ant aplinkinio darbinio paviršiaus, sukeldami paviršiaus šiurkštumą ir nelygumus, taip pat gali pabloginti išlydyto metalo kokybę, dėl ko suvirinimo paviršiuje gali atsirasti įlenkimų, sprogimo taškų ir kitų defektų, turinčių įtakos suvirinimo mechaninėms savybėms.

Purslų klasifikacija:

Maži purslai: Suvirinimo siūlės kraštuose ir ant medžiagos paviršiaus esantys sukietėjimo lašeliai, kurie daugiausia veikia išvaizdą ir neturi įtakos eksploatacinėms savybėms; Paprastai skiriamoji riba yra ta, kad lašelis sudaro mažiau nei 20 % suvirinimo siūlės suliejimo pločio;

Dideli taškymai: kokybės praradimas, pasireiškiantis įlenkimais, sprogimo vietomis, įpjovimais ir pan. ant paviršiaus.suvirinimo siūlė, dėl ko gali susidaryti netolygus įtempis ir deformacija, o tai turi įtakos suvirinimo siūlės charakteristikoms. Pagrindinis dėmesys skiriamas tokio tipo defektams.

Purslų atsiradimo procesas:

Purslų susidarymas pasireiškia kaip išlydyto metalo įpurškimas į išlydyto metalo vonelę maždaug statmena suvirinimo skysčio paviršiui dėl didelio pagreičio. Tai aiškiai matyti paveikslėlyje apačioje, kur skysčio stulpelis kyla iš suvirinimo lydalo ir skyla į lašelius, sudarydamas purslus.

Purslų įvykio vieta

Lazerinis suvirinimasskirstomas į šilumos laidumo ir gilaus įsiskverbimo suvirinimą.

Šiluminio laidumo suvirinimo metu beveik nesusidaro taškymasis: Šiluminio laidumo suvirinimo metu daugiausia šiluma perduodama iš medžiagos paviršiaus į vidų, o proceso metu beveik nesusidaro taškymasis. Proceso metu nėra didelio metalo garavimo ar fizikinių metalurginių reakcijų.

Giluminio suvirinimo metu lazeris tiesiogiai pasiekia medžiagą, perduodamas šilumai per rakto skylutes, o proceso reakcija yra intensyvi, todėl tai yra pagrindinis scenarijus, kai vyksta taškymasis.

Kaip parodyta aukščiau pateiktame paveikslėlyje, kai kurie mokslininkai lazerinio suvirinimo metu naudoja greitaeigę fotografiją kartu su aukštos temperatūros skaidriu stiklu, kad stebėtų rakto skylutės judėjimo būseną. Galima pastebėti, kad lazeris iš esmės atsitrenkia į priekinę rakto skylutės sienelę, stumdamas skystį žemyn, aplenkdamas rakto skylutę ir pasiekdamas išlydyto skysčio vonelės uodegą. Lazerio spindulio priėmimo vieta rakto skylutės viduje nėra fiksuota, lazeris rakto skylutės viduje yra Frenelio sugerties būsenoje. Tiesą sakant, tai yra daugybinių refrakcijų ir sugerties būsena, palaikanti išlydyto skysčio vonelės egzistavimą. Lazerio refrakcijos padėtis kiekvieno proceso metu kinta kartu su rakto skylutės sienelės kampu, todėl rakto skylutė sukasi. Lazerio spinduliuotės padėtis lydosi, garuoja, yra veikiama jėgos ir deformuojasi, todėl peristaltinė vibracija juda į priekį.

Aukščiau minėtame palyginime naudojamas aukštos temperatūros skaidrus stiklas, kuris iš tikrųjų atitinka išlydyto metalo baseino skerspjūvio vaizdą. Juk išlydyto metalo baseino tekėjimo būsena skiriasi nuo tikrosios situacijos. Todėl kai kurie mokslininkai naudoja greito užšaldymo technologiją. Suvirinimo proceso metu išlydytas metalas greitai užšaldomas, kad būtų pasiekta momentinė būsena rakto skylutės viduje. Aiškiai matyti, kad lazerio spindulys trenkia į priekinę rakto skylutės sienelę, suformuodamas laiptelį. Lazeris veikia šį laiptelio griovelį, stumdamas išlydytą metalą žemyn, užpildydamas rakto skylutės tarpą lazerio judėjimo į priekį metu ir taip gaudamas apytikslę srauto krypties diagramą tikrojo išlydyto metalo baseino rakto skylutės viduje. Kaip parodyta dešiniajame paveikslėlyje, lazerinės abliacijos metu susidaręs metalo atatrankos slėgis verčia skystą išlydytą metalą apeiti priekinę sienelę. Rakto skylutė juda link išlydyto metalo baseino uodegos, iš galo kylant aukštyn kaip fontanas ir atsitrenkiant į uodegos išlydyto metalo baseino paviršių. Tuo pačiu metu, dėl paviršiaus įtempimo (kuo žemesnė paviršiaus įtempimo temperatūra, tuo didesnis smūgis), skystas metalas uodegos išlydyto metalo telkinyje yra traukiamas paviršiaus įtempimo link išlydyto metalo telkinio krašto ir nuolat kietėja. Skystas metalas, kuris ateityje gali sukietėti, cirkuliuoja atgal į rakto skylutės uodegą ir taip toliau.

Lazerinio rakto skylutės gilaus įsiskverbimo suvirinimo schema: A: Suvirinimo kryptis; B: Lazerio spindulys; C: Rakto skylutė; D: Metalo garai, plazma; E: Apsauginės dujos; F: Rakto skylutės priekinė sienelė (šlifavimas prieš lydymą); G: Horizontalus išlydytos medžiagos tekėjimas rakto skylutės keliu; H: Lydymosi vonios kietėjimo sąsaja; I: Išlydytos vonios tekėjimo žemyn kelias.

Santrauka:

Lazerio ir medžiagos sąveikos procesas: lazeris veikia medžiagos paviršių, sukurdamas intensyvią abliaciją. Medžiaga pirmiausia kaitinama, išlydoma ir išgarinama. Intensyvaus garinimo proceso metu metalo garai kyla aukštyn, sukurdami išlydyto metalo voniai žemyn nukreiptą atatrankos slėgį, dėl kurio susidaro rakto skylutė. Lazeris, patekęs į rakto skylutę, patiria daug emisijos ir absorbcijos procesų, dėl kurių nuolat tiekiami metalo garai, palaikantys rakto skylutę; lazeris daugiausia veikia rakto skylutės priekinę sienelę, o garavimas daugiausia vyksta ant priekinės sienelės. Atatrankos slėgis stumia skystą metalą nuo rakto skylutės priekinės sienelės ir juda aplink rakto skylutę link išlydyto metalo vonelės galo. Dideliu greičiu aplink rakto skylutę judantis skystis trenkiasi į išlydyto metalo vonelę aukštyn, sudarydamas pakeltas bangas. Tada, veikiamas paviršiaus įtempimo, jis juda link krašto ir sukietėja tokiu ciklu. Purslai daugiausia vyksta rakto skylutės angos krašte, o ant priekinės sienelės esantis skystas metalas dideliu greičiu aplenkia rakto skylutę ir trenkiasi į galinės sienelės išlydyto metalo vonelę.