Võtmeaukude moodustumine ja arendamine:
Võtmeaugu määratlus: kui kiirguse kiirgustihedus on suurem kui 10 ^ 6 W/cm ^ 2, siis materjali pind sulab ja aurustub laseri toimel. Kui aurustumiskiirus on piisavalt suur, on tekkiv auru tagasilöögirõhk piisav, et ületada vedela metalli pindpinevus ja vedeliku gravitatsioon, tõrjudes sellega osa vedelast metallist välja, põhjustades ergastustsoonis oleva sulakoguse vajumise ja väikeste süvendite moodustumise. ; Valguskiir mõjub otse väikese süvendi põhja, põhjustades metalli edasist sulamist ja gaasistumist. Kõrgsurveaur sunnib kaevu põhjas olevat vedelat metalli jätkuvalt sulabasseini perifeeria suunas voolama, süvendades väikest auku veelgi. See protsess jätkub, moodustades lõpuks vedelas metallis võtmeaugu sarnase augu. Kui laserkiire tekitatud metalliauru rõhk väikeses augus saavutab tasakaalu vedela metalli pindpinevuse ja gravitatsiooniga, siis väike auk enam ei süvene ja moodustab sügavusstabiilse väikese augu, mida nimetatakse "väikese augu efektiks". .
Kuna laserkiir liigub töödeldava detaili suhtes, näitab väike auk veidi tahapoole kumerat esiosa ja selgelt kaldu ümberpööratud kolmnurka taga. Väikese augu esiserv on kõrge temperatuuri ja kõrge aururõhuga laseri tegevusala, samas kui tagumise serva temperatuur on suhteliselt madal ja aururõhk väike. Selle rõhu ja temperatuuri erinevuse all voolab sulavedelik ümber väikese augu esiotsast tagaotsa, moodustades väikese augu tagumises otsas keerise ja lõpuks tahkub tagumises servas. Lasersimulatsiooni ja tegeliku keevitamise teel saadud võtmeaugu dünaamiline olek on näidatud ülaltoodud joonisel, Väikeste aukude morfoloogia ja ümbritseva sulavedeliku vool erinevatel kiirustel liikumise ajal.
Väikeste aukude olemasolu tõttu tungib laserkiire energia materjali sisemusse, moodustades selle sügava ja kitsa keevisõmbluse. Laseri sügava läbitungimisega keevisõmbluse tüüpiline ristlõike morfoloogia on näidatud ülaltoodud joonisel. Keevisõmbluse läbitungimissügavus on lähedane lukuaugu sügavusele (täpsemalt metallograafiline kiht on lukuaugust 60-100um sügavamal, üks vedel kiht vähem). Mida suurem on laseri energiatihedus, seda sügavam on väike auk ja seda suurem on keevisõmbluse läbitungimissügavus. Suure võimsusega laserkeevitusel võib keevisõmbluse maksimaalne sügavuse ja laiuse suhe ulatuda 12:1-ni.
Imendumise analüüslaserenergiavõtmeaugu järgi
Enne väikeste aukude ja plasma moodustumist kandub laseri energia soojusjuhtivuse kaudu peamiselt töödeldava detaili sisemusse. Keevitusprotsess kuulub juhtiva keevitamise alla (läbitungimissügavusega alla 0,5 mm) ja materjali laseri neeldumismäär on vahemikus 25-45%. Kui võtmeauk on moodustunud, neeldub laseri energia võtmeaugu efekti kaudu peamiselt tooriku sisemusse ja keevitusprotsess muutub sügavaks läbitungimiskeevituseks (läbitungimissügavusega üle 0,5 mm), neeldumiskiirus võib ulatuda üle 60-90%.
Võtmeaugu efekt mängib äärmiselt olulist rolli laseri neeldumise suurendamisel töötlemise ajal, nagu laserkeevitus, lõikamine ja puurimine. Võtmeauku sisenev laserkiir neeldub peaaegu täielikult läbi mitme peegelduse augu seinast.
Üldiselt arvatakse, et laseri võtmeaugu sees olev energia neeldumismehhanism hõlmab kahte protsessi: pöördneeldumine ja Fresneli neeldumine.
Rõhu tasakaal võtmeaugu sees
Laser-sügavkeevituse ajal aurustub materjal tugevasti ja kõrge temperatuuriga auru tekitatud paisumisrõhk ajab vedela metalli välja, moodustades väikesed augud. Lisaks materjali aururõhule ja ablatsioonirõhule (tuntud ka kui aurustumisreaktsiooni jõud või tagasilöögirõhk) on olemas ka pindpinevus, vedeliku staatiline rõhk, mis on põhjustatud gravitatsioonist, ja vedeliku dünaamiline rõhk, mis tekib sula materjali voolust väike auk. Nende rõhkude hulgas säilitab väikese augu avanemise ainult aururõhk, samas kui ülejäänud kolm jõudu püüavad väikest auku sulgeda. Võtmeaugu stabiilsuse säilitamiseks keevitusprotsessi ajal peab aururõhk olema piisav, et ületada muu takistus ja saavutada tasakaal, säilitades võtmeaugu pikaajalise stabiilsuse. Lihtsuse huvides arvatakse üldiselt, et võtmeaugu seinale mõjuvad jõud on peamiselt ablatsioonirõhk (metalliauru tagasilöögirõhk) ja pindpinevus.
Võtmeaugu ebastabiilsus
Taust: Laser mõjutab materjalide pinda, põhjustades suure hulga metalli aurustumist. Tagasilöögi rõhk surub sulabasseini alla, moodustades võtmeauke ja plasma, mille tulemusena suureneb sulamissügavus. Liikumise käigus tabab laser võtmeaugu esiseina ja asend, kus laser puutub kokku materjaliga, põhjustab materjali tugevat aurustumist. Samal ajal toimub lukuaugu seina massikadu ja aurustumine tekitab tagasilöögirõhu, mis surub alla vedelat metalli, põhjustades võtmeaugu siseseina kõikumise allapoole ja liigub ümber lukuaugu põhja poole. sulabasseini tagakülg. Vedeliku sulabasseini kõikumise tõttu esiseinast tagaseinani muutub lukuaugu sees olev ruumala pidevalt, vastavalt muutub ka lukuaugu siserõhk, mis toob kaasa väljapritsitava plasma mahu muutumise. . Plasma mahu muutus toob kaasa muutused varjestuses, murdumises ja laserenergia neeldumises, mille tulemuseks on muutused materjali pinnale jõudva laseri energias. Kogu protsess on dünaamiline ja perioodiline, mille tulemuseks on saehambakujuline ja laineline metalli läbitungimine ning sujuv, võrdse läbitungiga keevisõmblus puudub. Ülaltoodud joonis on keevisõmbluse keskpunkti ristlõige, mis on saadud pikisuunalise lõikamisega paralleelselt. keevisõmbluse keskpunktis, samuti reaalajas võtmeaugu sügavuse varieerumise mõõtmineIPG-LDD tõendina.
Parandage võtmeaugu stabiilsussuunda
Laser-sügavkeevituse ajal saab väikese augu stabiilsust tagada ainult erinevate rõhkude dünaamiline tasakaal augu sees. Laserenergia neeldumine augu seina poolt ja materjalide aurustumine, metalliauru väljutamine väikesest august väljapoole ning väikese augu ja sulabasseini edasiliikumine on aga kõik väga intensiivsed ja kiired protsessid. Teatud protsessitingimustel ja keevitusprotsessi teatud hetkedel on võimalus, et väikese augu stabiilsus võib kohalikes piirkondades olla häiritud, põhjustades keevitusvigu. Kõige tüüpilisemad ja levinumad on väikeste pooride tüüpi poorsusdefektid ja võtmeaugu kokkuvarisemisest tekkinud pritsmed;
Kuidas siis võtmeauku stabiliseerida?
Võtmeaugu vedeliku kõikumine on suhteliselt keeruline ja hõlmab liiga palju tegureid (temperatuuriväli, vooluväli, jõuväli, optoelektrooniline füüsika), mille võib lihtsalt kokku võtta kahte kategooriasse: seos pindpinevuse ja metalliauru tagasilöögirõhu vahel; Metalliauru tagasilöögirõhk mõjutab otseselt võtmeaukude teket, mis on tihedalt seotud võtmeaukude sügavuse ja mahuga. Samas on see ainsa ülespoole liikuva metalliauru ainena keevitusprotsessis tihedalt seotud ka pritsmete tekkega; Pindpinevus mõjutab sulabasseini voolu;
Seega sõltub stabiilne laserkeevitusprotsess pindpinevuste jaotusgradiendi säilitamisest sulabasseinis ilma liigsete kõikumisteta. Pindpinevus on seotud temperatuuri jaotusega ja temperatuuri jaotus on seotud soojusallikaga. Seetõttu on komposiitsoojusallikas ja pöördekeevitus potentsiaalsed tehnilised suunad stabiilseks keevitusprotsessiks;
Metalli auru ja võtmeaugu maht peavad pöörama tähelepanu plasmaefektile ja võtmeaugu ava suurusele. Mida suurem on ava, seda suurem on lukuauk ja tühised kõikumised sulamisbasseini põhjapunktis, millel on suhteliselt väike mõju võtmeaugu üldisele mahule ja siserõhu muutustele; Nii et reguleeritav ringrežiim laser (rõngakujuline koht), laserkaare rekombinatsioon, sagedusmodulatsioon jne on kõik suunad, mida saab laiendada.
Postitusaeg: Detsember-01-2023
