Atslēgas caurumu veidošanās un attīstība:
Atslēgas cauruma definīcija: ja starojuma izstarojums ir lielāks par 10 ^ 6 W/cm ^ 2, materiāla virsma izkūst un iztvaiko lāzera iedarbībā. Ja iztvaikošanas ātrums ir pietiekami liels, radītais tvaika atsitiena spiediens ir pietiekams, lai pārvarētu šķidrā metāla virsmas spraigumu un šķidruma gravitāciju, tādējādi izspiežot daļu no šķidrā metāla, izraisot izkusušajam baseinam ierosmes zonā nogrimšanu un veidojot nelielas bedres. ; Gaismas stars tieši iedarbojas uz mazās bedres dibenu, izraisot metāla tālāku kušanu un gazēšanu. Augstspiediena tvaiks turpina piespiest šķidro metālu bedres apakšā plūst uz izkausētā baseina perifēriju, vēl vairāk padziļinot mazo caurumu. Šis process turpinās, galu galā veidojot atslēgas caurumu kā caurumu šķidrajā metālā. Kad lāzera stara radītais metāla tvaika spiediens mazajā caurumā sasniedz līdzsvaru ar šķidrā metāla virsmas spraigumu un gravitāciju, mazais caurums vairs nepadziļinās un veido dziļumā stabilu mazu caurumu, ko sauc par “mazā cauruma efektu”. .
Lāzera staram pārvietojoties attiecībā pret apstrādājamo priekšmetu, mazajam caurumam ir nedaudz uz aizmuguri izliekta priekšpuse un skaidri slīps apgriezts trīsstūris aizmugurē. Mazā cauruma priekšējā mala ir lāzera darbības zona ar augstu temperatūru un augstu tvaika spiedienu, savukārt temperatūra aizmugurē ir salīdzinoši zema un tvaika spiediens ir mazs. Zem šīs spiediena un temperatūras starpības izkausētais šķidrums plūst ap mazo caurumu no priekšējā gala uz aizmuguri, mazā cauruma aizmugurē veidojot virpuli un beidzot sacietē aizmugurējā malā. Atslēgas cauruma dinamiskais stāvoklis, kas iegūts ar lāzera simulāciju un faktisko metināšanu, ir parādīts iepriekš redzamajā attēlā, Mazo caurumu morfoloģija un apkārtējā izkausētā šķidruma plūsma, pārvietojoties ar dažādiem ātrumiem.
Nelielu caurumu klātbūtnes dēļ lāzera stara enerģija iekļūst materiāla iekšpusē, veidojot šo dziļo un šauro metinājuma šuvi. Lāzera dziļi iespiešanās metinājuma šuves tipiskā šķērsgriezuma morfoloģija ir parādīta augstāk esošajā attēlā. Metināšanas šuves iespiešanās dziļums ir tuvu atslēgas cauruma dziļumam (precīzāk, metalogrāfiskais slānis ir 60-100 um dziļāks nekā atslēgas caurums, par vienu šķidruma slāni mazāk). Jo lielāks ir lāzera enerģijas blīvums, jo dziļāks ir mazais caurums un jo lielāks ir metināšanas šuves iespiešanās dziļums. Lieljaudas lāzermetināšanā metināšanas šuves maksimālā dziļuma un platuma attiecība var sasniegt 12:1.
Absorbcijas analīzelāzera enerģijapa atslēgas caurumu
Pirms mazu caurumu un plazmas veidošanās lāzera enerģija galvenokārt tiek pārraidīta uz sagataves iekšpusi, izmantojot siltuma vadīšanu. Metināšanas process pieder pie vadošās metināšanas (ar iespiešanās dziļumu mazāku par 0,5 mm), un materiāla lāzera absorbcijas ātrums ir no 25 līdz 45%. Kad atslēgas caurums ir izveidots, lāzera enerģiju galvenokārt absorbē sagataves iekšpuse, izmantojot atslēgas cauruma efektu, un metināšanas process kļūst par dziļas iespiešanās metināšanu (ar iespiešanās dziļumu, kas pārsniedz 0,5 mm). Absorbcijas ātrums var sasniegt virs 60-90%.
Atslēgas cauruma efektam ir ārkārtīgi svarīga loma lāzera absorbcijas uzlabošanā apstrādes laikā, piemēram, lāzermetināšanas, griešanas un urbšanas laikā. Lāzera stars, kas nonāk atslēgas caurumā, tiek gandrīz pilnībā absorbēts caur vairākiem atspīdumiem no cauruma sienas.
Parasti tiek uzskatīts, ka lāzera enerģijas absorbcijas mehānisms atslēgas caurumā ietver divus procesus: reverso absorbciju un Fresnela absorbciju.
Spiediena līdzsvars atslēgas cauruma iekšpusē
Lāzera dziļās iespiešanās metināšanas laikā materiāls spēcīgi iztvaiko, un augstas temperatūras tvaika radītais izplešanās spiediens izspiež šķidro metālu, veidojot mazus caurumus. Papildus materiāla tvaika spiedienam un ablācijas spiedienam (pazīstams arī kā iztvaikošanas reakcijas spēks vai atsitiena spiediens), pastāv arī virsmas spraigums, šķidruma statiskais spiediens, ko izraisa gravitācijas spēks, un šķidruma dinamiskais spiediens, ko rada izkausēta materiāla plūsma. mazs caurums. Starp šiem spiedieniem tikai tvaika spiediens uztur mazo caurumu, bet pārējie trīs spēki cenšas aizvērt mazo caurumu. Lai saglabātu atslēgas cauruma stabilitāti metināšanas procesā, tvaika spiedienam jābūt pietiekamam, lai pārvarētu citu pretestību un panāktu līdzsvaru, saglabājot atslēgas cauruma ilgtermiņa stabilitāti. Vienkāršības labad parasti tiek uzskatīts, ka spēki, kas iedarbojas uz atslēgas cauruma sienu, galvenokārt ir ablācijas spiediens (metāla tvaiku atsitiena spiediens) un virsmas spraigums.
Atslēgas cauruma nestabilitāte
Priekšvēsture: Lāzers iedarbojas uz materiālu virsmu, izraisot liela daudzuma metāla iztvaikošanu. Atsitiena spiediens nospiež izkausēto baseinu, veidojot atslēgas caurumus un plazmu, kā rezultātā palielinās kušanas dziļums. Pārvietošanas laikā lāzers ietriecas atslēgas cauruma priekšējā sienā, un pozīcija, kurā lāzers saskaras ar materiālu, izraisīs smagu materiāla iztvaikošanu. Tajā pašā laikā atslēgas cauruma siena piedzīvos masas zudumu, un iztvaikošana veidos atsitiena spiedienu, kas nospiedīs šķidro metālu, izraisot atslēgas cauruma iekšējās sienas svārstības uz leju un pārvietošanos ap atslēgas cauruma apakšu virzienā uz izkausētā baseina aizmugure. Sakarā ar šķidruma izkausētā baseina svārstībām no priekšējās sienas uz aizmugurējo sienu, tilpums atslēgas cauruma iekšpusē pastāvīgi mainās, attiecīgi mainās arī atslēgas cauruma iekšējais spiediens, kas izraisa izsmidzinātās plazmas tilpuma izmaiņas. . Plazmas tilpuma izmaiņas izraisa izmaiņas lāzera enerģijas ekranēšanā, refrakcijā un absorbcijā, kā rezultātā mainās lāzera enerģija, kas sasniedz materiāla virsmu. Viss process ir dinamisks un periodisks, galu galā iegūstot zāģzoba formas un viļņainu metāla iespiešanos, un nav vienmērīgas vienādas iespiešanās metināšanas. Iepriekš redzamais attēls ir metinājuma centra šķērsgriezuma skats, kas iegūts, veicot garenisku griešanu paralēli metinājuma centrs, kā arī reāllaika atslēgas cauruma dziļuma izmaiņu mērījums parIPG-LDD kā pierādījums.
Uzlabojiet atslēgas cauruma stabilitātes virzienu
Lāzera dziļās iespiešanās metināšanas laikā mazā cauruma stabilitāti var nodrošināt tikai dažādu spiedienu dinamiskais līdzsvars cauruma iekšpusē. Tomēr lāzera enerģijas absorbcija caur cauruma sienu un materiālu iztvaikošana, metāla tvaiku izmešana ārpus mazā cauruma, kā arī mazā cauruma un izkausētā baseina kustība uz priekšu ir ļoti intensīvi un ātri procesi. Noteiktos procesa apstākļos noteiktos metināšanas procesa momentos pastāv iespēja, ka vietējās vietās var tikt traucēta mazā cauruma stabilitāte, izraisot metināšanas defektus. Tipiskākie un izplatītākie ir mazu poru tipa porainības defekti un šļakatas, ko izraisa atslēgas cauruma sabrukums;
Tātad, kā stabilizēt atslēgas caurumu?
Atslēgas cauruma šķidruma svārstības ir salīdzinoši sarežģītas un ietver pārāk daudz faktoru (temperatūras lauks, plūsmas lauks, spēka lauks, optoelektroniskā fizika), ko var vienkārši apkopot divās kategorijās: attiecības starp virsmas spraigumu un metāla tvaiku atsitiena spiedienu; Metāla tvaiku atsitiena spiediens tieši ietekmē atslēgas caurumu veidošanos, kas ir cieši saistīts ar atslēgas caurumu dziļumu un tilpumu. Tajā pašā laikā kā vienīgā uz augšu virzošā metāla tvaiku viela metināšanas procesā tā ir cieši saistīta arī ar šļakatu rašanos; Virsmas spraigums ietekmē izkausētā baseina plūsmu;
Tātad stabils lāzermetināšanas process ir atkarīgs no virsmas spraiguma sadalījuma gradienta uzturēšanas izkausētā baseinā bez pārāk lielām svārstībām. Virsmas spraigums ir saistīts ar temperatūras sadalījumu, un temperatūras sadalījums ir saistīts ar siltuma avotu. Tāpēc kompozītmateriālu siltuma avots un šūpoles metināšana ir potenciālie tehniskie virzieni stabilam metināšanas procesam;
Metāla tvaikiem un atslēgas cauruma tilpumam ir jāpievērš uzmanība plazmas efektam un atslēgas cauruma atveres izmēram. Jo lielāka atvere, jo lielāka ir atslēgas caurums un niecīgas svārstības kausējuma baseina apakšējā punktā, kam ir salīdzinoši neliela ietekme uz kopējo atslēgas cauruma tilpumu un iekšējā spiediena izmaiņām; Tātad regulējamais gredzena režīma lāzers (gredzenveida punkts), lāzera loka rekombinācija, frekvences modulācija utt. ir visi virzieni, kurus var paplašināt.
Izlikšanas laiks: Dec-01-2023
