Адукацыя і развіццё замочных шчылін:
Вызначэнне замочнай свідравіны: калі апраменьванне больш за 10 ^ 6 Вт/см ^ 2, паверхня матэрыялу плавіцца і выпараецца пад дзеяннем лазера.Калі хуткасць выпарэння досыць вялікая, стваранага ціску аддачы пары дастаткова, каб пераадолець павярхоўнае нацяжэнне і гравітацыю вадкасці вадкага металу, тым самым выцясняючы частку вадкага металу, прымушаючы расплаўлены басейн у зоне ўзбуджэння апускацца і ўтвараць невялікія ямкі ;Прамень святла непасрэдна дзейнічае на дно невялікай ямы, выклікаючы далейшае плаўленне і газіфікацыю металу.Пара пад высокім ціскам працягвае прымушаць вадкі метал на дне ямы цячы да перыферыі расплаўленай ванны, яшчэ больш паглыбляючы невялікую адтуліну.Гэты працэс працягваецца, у канчатковым выніку ўтвараючы ў вадкім метале замочную шчыліну.Калі ціск пароў металу, які ствараецца лазерным прамянём у невялікім адтуліне, дасягае раўнавагі з павярхоўным нацяжэннем і гравітацыяй вадкага металу, маленькае адтуліну больш не паглыбляецца і ўтварае невялікую адтуліну са стабільнай глыбінёй, што называецца «эфектам маленькай адтуліны». .
Калі лазерны прамень рухаецца адносна нарыхтоўкі, невялікае адтуліну паказвае злёгку загнутую пярэднюю частку і выразна нахілены перавернуты трохкутнік ззаду.Пярэдні край маленькага адтуліны з'яўляецца зонай дзеяння лазера з высокай тэмпературай і высокім ціскам пары, у той час як тэмпература ўздоўж задняга краю адносна нізкая, а ціск пары невялікі.Пад гэтай розніцай ціску і тэмпературы расплаўленая вадкасць абцякае невялікае адтуліну ад пярэдняга канца да задняга канца, утвараючы віхор на заднім канцы маленькага адтуліны, і, нарэшце, застывае на заднім краі.Дынамічны стан замочнай свідравіны, атрыманы з дапамогай лазернага мадэлявання і фактычнай зваркі, паказаны на малюнку вышэй, Марфалогія невялікіх адтулін і паток навакольнага расплаўленай вадкасці падчас руху з рознымі хуткасцямі.
Дзякуючы наяўнасці невялікіх адтулін, энергія лазернага прамяня пранікае ўнутр матэрыялу, утвараючы гэты глыбокі і вузкі зварной шво.Тыповая марфалогія папярочнага разрэзу зварнога шва з глыбокім пранікненнем лазера паказана на малюнку вышэй.Глыбіня праплавлення зварнога шва блізкая да глыбіні замочнай свідравіны (дакладней, металаграфічны пласт на 60-100 мкм глыбей замочнай свідравіны, на адзін пласт вадкасці менш).Чым вышэй шчыльнасць лазернай энергіі, тым глыбей невялікае адтуліну і тым больш глыбіня пранікнення зварнога шва.Пры лазернай зварцы высокай магутнасці максімальнае стаўленне глыбіні да шырыні зварнога шва можа дасягаць 12:1.
Аналіз паглынанняэнергія лазерапраз замочную шчыліну
Перад утварэннем невялікіх адтулін і плазмы энергія лазера ў асноўным перадаецца ўнутр нарыхтоўкі праз цеплаправоднасць.Працэс зваркі належыць да кандуктыўнай зваркі (з глыбінёй праплавлення менш за 0,5 мм), а каэфіцыент паглынання лазера матэрыялам складае 25-45%.Пасля фарміравання замочнай свідравіны энергія лазера ў асноўным паглынаецца ўнутранай часткай нарыхтоўкі праз эфект замочнай свідравіны, і працэс зваркі становіцца зваркай з глыбокім пранікненнем (з глыбінёй пранікнення больш за 0,5 мм). Хуткасць паглынання можа дасягаць больш за 60-90%.
Эфект замочнай свідравіны гуляе надзвычай важную ролю ў павышэнні паглынання лазера падчас апрацоўкі, такой як лазерная зварка, рэзка і свідраванне.Лазерны прамень, які трапляе ў замочную свідравіну, практычна цалкам паглынаецца праз шматразовыя адлюстраванні ад сценкі свідравіны.
Звычайна лічыцца, што механізм паглынання энергіі лазера ўнутры замочнай свідравіны ўключае два працэсы: зваротнае паглынанне і паглынанне Фрэнэля.
Баланс ціску ўнутры замочнай свідравіны
Падчас лазернай зваркі з глыбокім пранікненнем матэрыял моцна выпараецца, і ціск пашырэння, які ствараецца высокатэмпературнай парай, выцясняе вадкі метал, утвараючы невялікія адтуліны.У дадатак да ціску пары і ціску абляцыі (таксама вядомага як сіла рэакцыі выпарэння або ціск аддачы) матэрыялу, існуе таксама павярхоўнае нацяжэнне, статычны ціск вадкасці, выкліканы гравітацыяй, і дынамічны ціск вадкасці, які ствараецца патокам расплаўленага матэрыялу ўнутры маленькае адтуліну.Сярод гэтых ціскаў толькі ціск пара падтрымлівае адкрыццё маленькай адтуліны, у той час як астатнія тры сілы імкнуцца закрыць маленькую адтуліну.Каб падтрымліваць стабільнасць замочнай свідравіны падчас працэсу зваркі, ціск пары павінен быць дастатковым для пераадолення іншага супраціву і дасягнення раўнавагі, захоўваючы доўгатэрміновую стабільнасць замочнай свідравіны.Для прастаты, як правіла, лічыцца, што сілы, якія дзейнічаюць на сценку замочнай свідравіны, у асноўным складаюцца з абляцыйнага ціску (ціску аддачы металічнай пары) і павярхоўнага нацяжэння.
Нестабільнасць Keyhole
Даведка: лазер уздзейнічае на паверхню матэрыялаў, выклікаючы выпарэнне вялікай колькасці металу.Ціск аддачы цісне на расплаўленую ванну, утвараючы замочныя свідравіны і плазму, што прыводзіць да павелічэння глыбіні плаўлення.У працэсе руху лазер трапляе ў пярэднюю сценку замочнай свідравіны, і месца, дзе лазер датыкаецца з матэрыялам, прывядзе да моцнага выпарэння матэрыялу.У той жа час сценка замочнай свідравіны страціць масу, і выпарэнне створыць ціск аддачы, які будзе ціснуць на вадкі метал, у выніку чаго ўнутраная сценка замочнай свідравіны будзе вагацца ўніз і рухацца вакол дна замочнай свідравіны ў напрамку задняя частка расплаўленага басейна.З-за ваганняў вадкага расплаўленага басейна ад пярэдняй сценкі да задняй сценкі аб'ём унутры замочнай свідравіны пастаянна змяняецца. Унутраны ціск у замочнай свідравіне таксама змяняецца адпаведна, што прыводзіць да змены аб'ёму распыленай плазмы. .Змена аб'ёму плазмы прыводзіць да зменаў у экранаванні, праламленні і паглынанні лазернай энергіі, у выніку чаго змяняецца энергія лазера, якая дасягае паверхні матэрыялу.Увесь працэс з'яўляецца дынамічным і перыядычным, што ў канчатковым выніку прыводзіць да пілападобным і хвалепадобным пранікненню металу, і няма гладкага зварнога шва з роўным праваром. На малюнку вышэй прадстаўлены выгляд папярочнага разрэзу цэнтра зварнога шва, атрыманага падоўжным разразаннем, паралельным шву. цэнтра зварнога шва, а таксама вымярэнне змены глыбіні замочнай свідравіны ў рэжыме рэальнага часуIPG-LDD як доказ.
Палепшыце кірунак стабільнасці замочнай свідравіны
Падчас лазернай зваркі глыбокім пранікненнем стабільнасць маленькага адтуліны можа быць забяспечана толькі дынамічным балансам розных ціскаў унутры адтуліны.Аднак паглынанне энергіі лазера сценкай адтуліны і выпарэнне матэрыялаў, выкід пары металу за межы маленькай адтуліны і рух наперад маленькай адтуліны і расплаўленай ванны - усё гэта вельмі інтэнсіўныя і хуткія працэсы.Пры пэўных умовах працэсу, у пэўныя моманты працэсу зваркі, існуе верагоднасць таго, што ўстойлівасць маленькага адтуліны можа быць парушана ў лакальных месцах, што прывядзе да дэфектаў зваркі.Найбольш тыповымі і распаўсюджанымі з'яўляюцца дэфекты сітаватасці з невялікімі порамі і пырскі, выкліканыя калапсам замочнай свідравіны;
Такім чынам, як стабілізаваць замочную шчыліну?
Ваганні вадкасці ў замочную свідравіну адносна складаныя і ўключаюць занадта шмат фактараў (поле тэмпературы, поле плыні, сілавое поле, оптаэлектронная фізіка), якія можна проста абагульніць у дзве катэгорыі: сувязь паміж павярхоўным нацяжэннем і ціскам аддачы пары металу;Ціск аддачы пароў металу непасрэдна ўплывае на стварэнне замочных шчылін, што цесна звязана з глыбінёй і аб'ёмам замочных шчылін.У той жа час, як адзінае ўверх рухаецца рэчыва пары металу ў працэсе зваркі, гэта таксама цесна звязана з узнікненнем пырскаў;Павярхоўнае нацяжэнне ўплывае на паток расплаўленай ванны;
Такім чынам, стабільны працэс лазернай зваркі залежыць ад падтрымання градыенту размеркавання павярхоўнага нацяжэння ў расплаўленай ванне без занадта вялікіх ваганняў.Павярхоўнае нацяжэнне звязана з размеркаваннем тэмпературы, а размеркаванне тэмпературы - з крыніцай цяпла.Такім чынам, кампазітны крыніца цяпла і паваротная зварка з'яўляюцца патэнцыяльнымі тэхнічнымі напрамкамі для стабільнага працэсу зваркі;
Металічны пар і аб'ём замочнай свідравіны неабходна звярнуць увагу на эфект плазмы і памер адтуліны замочнай свідравіны.Чым больш адтуліна, тым больш замочная свідравіна і нязначныя ваганні ў ніжняй кропцы басейна расплаву, якія аказваюць адносна невялікі ўплыў на агульны аб'ём замочнай свідравіны і змены ўнутранага ціску;Такім чынам, лазер з рэгуляваным кальцавым рэжымам (кольцавая пляма), рэкамбінацыя лазернай дугі, частотная мадуляцыя і г.д. - гэта ўсе напрамкі, якія можна пашырыць.
Час публікацыі: 1 снежня 2023 г
