Zamonaviy ishlab chiqarishda,lazerli payvandlash texnologiyasiaerokosmikdan tortib avtomobil ishlab chiqarishgacha, elektron uskunalardan tortib tibbiy asboblargacha bo'lgan turli sohalarda keng qo'llaniladi, yuqori samaradorlik, aniqlik va moslashuvchanlik kabi afzalliklari bilan. Ushbu texnologiyaning asosiy qismi lazerning material bilan o'zaro ta'siri bo'lib, erigan hovuzni hosil qiladi va tez qotadi, shu bilan metall qismlarni ulash imkonini beradi. Payvandlash hovuzi lazerli payvandlashda asosiy soha bo'lib, uning xususiyatlari payvandlash sifatini, mikrotuzilmasini va yakuniy ishlashini bevosita belgilaydi. Shuning uchun, erigan hovuz xususiyatlarini chuqur tushunish va aniq nazorat qilish lazerli payvandlash texnologiyasi darajasini oshirish va sanoat ishlab chiqarishida yuqori sifatli payvandlangan bo'g'inlar ehtiyojlarini qondirish uchun juda muhimdir.
Eritilgan hovuz geometriyasi
Payvandlash hovuzining geometriyasi lazerli payvandlash tadqiqotlarida muhim jihat hisoblanadi, chunki u payvandlash jarayonida issiqlik uzatilishiga, material oqimiga va yakuniy payvandlash sifatiga bevosita ta'sir qiladi. Eritilgan hovuzning shakli odatda uning chuqurligi, kengligi, tomonlar nisbati, issiqlik ta'sir zonasi (HAZ) geometriyasi, kalit teshigi geometriyasi va eritilgan metall zonasi (MMA) geometriyasi bilan tavsiflanadi. Bu parametrlar nafaqat payvandlangan bo'g'inning o'lchami va shaklini aniqlaydi, balki payvandlash jarayonida issiqlik aylanishi, sovutish tezligi va mikrotuzilma shakllanishiga ham ta'sir qiladi.
1-jadval. Lazerli payvandlash parametrlarining har bir payvandlash hovuzining geometrik parametrlariga ta'siri.
Tadqiqot shuni ko'rsatadiki, 1-jadvalda ko'rsatilgandek, lazer kuchi va payvandlash tezligi payvandlash hovuzining geometriyasiga ta'sir qiluvchi ikkita asosiy jarayon parametrlari hisoblanadi. Umuman olganda, lazer kuchi oshishi va payvandlash tezligi pasayishi bilan payvandlash hovuzining chuqurligi oshadi, kengligi esa nisbatan kam o'zgaradi. Buning sababi, yuqori lazer kuchi ko'proq energiya berishi mumkin, bu materialning tezroq erishiga va bug'lanishiga imkon beradi, natijada 1-rasmda ko'rsatilgandek, chuqurroq kalit teshiklari va hovuzlar paydo bo'ladi. Biroq, lazer kuchi juda yuqori yoki payvandlash tezligi juda past bo'lganda, bu materialning haddan tashqari qizib ketishiga, haddan tashqari bug'lanishiga va hatto plazma himoyasi ta'siriga olib kelishi mumkin, bu esa payvandlash sifatini pasaytiradi. Shuning uchun, haqiqiy payvandlash jarayonida ideal payvandlash hovuzi geometriyasini olish uchun lazer kuchi va payvandlash tezligini materialning o'ziga xos xususiyatlari va payvandlash talablariga muvofiq oqilona tanlash kerak.
1-rasm. Lazerli issiqlik o'tkazuvchanligi va lazerli chuqur penetratsion payvandlash orqali hosil bo'lgan turli xil payvandlash shakllari.
Lazer kuchi va payvandlash tezligidan tashqari, materialning issiqlik fizik xususiyatlari, sirt holati, himoya gazi va boshqa omillar ham payvandlash hovuzi geometriyasiga ta'sir qiladi. Masalan, materialning issiqlik o'tkazuvchanligi qanchalik yuqori bo'lsa, material orqali issiqlik uzatish tezroq bo'ladi va eritilgan hovuzning sovutish tezligi shunchalik yuqori bo'ladi, bu esa eritilgan hovuzning nisbatan kichik hajmiga olib kelishi mumkin. Materialning sirt pürüzlülüğü va tozaligi lazerning yutilish tezligiga ta'sir qiladi va keyin eritilgan hovuzning shakllanishi va barqarorligiga ta'sir qiladi. Bundan tashqari, himoya gazining turi va oqim tezligi ham eritilgan hovuzning shakli va sifatiga ma'lum darajada ta'sir qiladi, tegishli himoya gazi eritilgan hovuzning oksidlanish va ifloslanishining oldini olishi mumkin, shuningdek, payvandlash sifatini yaxshilash uchun eritilgan hovuzning sirt tarangligi va oqim xususiyatlarini sozlashi mumkin.
2-rasm. Lazer tebranayotganda erigan hovuzning shakli.
Lazer nurining traektoriyasini o'zgartirish orqali lazer tebranishi erigan hovuzning shakli va xususiyatlariga sezilarli darajada ta'sir qilishi mumkin, bu 2-rasmda ko'rsatilgan. Lazer nuri tebranishi bilan erigan hovuzning shakli yanada bir xil va barqaror bo'ladi. Tebranuvchi lazer nuri hovuz yuzasida kengroq qizigan maydon hosil qiladi, bu hovuzning chekkalarini silliq qiladi va o'tkir qirralar va tartibsiz shakllarni kamaytiradi. Bu bir xil isitish payvandlangan bo'g'inning sifati va mexanik xususiyatlarini yaxshilashga va yoriqlar va teshiklar kabi payvandlash nuqsonlarini kamaytirishga yordam beradi. Bundan tashqari, lazer tebranishi erigan hovuzning suyuqligini oshirishi, erigan hovuzdagi gazlar va aralashmalarning chiqib ketishini rag'batlantirishi va payvandlangan bo'g'inning zichligi va bir xilligini yanada yaxshilashi mumkin.
Eritilgan hovuz dinamikasi
Eritilgan hovuz termodinamikasi lazerli payvandlash tadqiqotlaridagi yana bir muhim soha bo'lib, u eritilgan hovuzda lazer energiyasining yutilishini, uzatilishini va konversiyasini, shuningdek, harorat maydonining taqsimlanishini, sovutish tezligini va u keltirib chiqaradigan fazaviy o'tish xususiyatini o'z ichiga oladi. Payvandlash hovuzining termodinamik xususiyatlari nafaqat payvandlash hovuzining shakli va o'lchamini belgilaydi, balki payvandlangan bo'g'inning mikro tuzilishi va mexanik xususiyatlariga ham bevosita ta'sir qiladi.
Lazerli payvandlash jarayonida, lazer energiyasi material tomonidan so'rilgandan so'ng, eritish hovuzida yuqori haroratli maydon hosil bo'ladi, bu materialning erishiga va bug'lanishiga olib keladi. Shu bilan birga, issiqlik issiqlik o'tkazuvchanligi, konveksiya va nurlanish orqali yuqori haroratli mintaqadan past haroratli mintaqaga o'tkaziladi, shunda eritilgan hovuz atrofidagi materialning harorati oshadi va keyin materialning mikro tuzilishi va xususiyatlariga ta'sir qiladi. Eritilgan hovuzning kichik o'lchami, katta harorat gradiyenti va tez sovutish tezligi tufayli harorat maydoni va sovutish tezligini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash juda qiyin. Shuning uchun, ko'pgina tadqiqotlar eritilgan hovuzlarning termodinamik xususiyatlarini o'rganish uchun matematik modellar va raqamli simulyatsiya usullarini yaratish orqali olib boriladi.
Eritilgan hovuzning termodinamik modelida odatda quyidagi asosiy omillarni hisobga olish kerak: Birinchidan, lazer energiyasining yutilish mexanizmi, shu jumladan material yuzasining aks ettirish, yutilish va uzatish xususiyatlari va lazerning material ichidagi sochilish va yutilish jarayoni. Turli materiallar va lazer parametrlari turli yutilish tezligi va energiya taqsimotiga olib keladi, bu esa eritilgan hovuzning termodinamik xatti-harakatlariga ta'sir qiladi. Ikkinchidan, materialning issiqlik fizik xususiyatlari, masalan, solishtirma issiqlik sig'imi, issiqlik o'tkazuvchanligi, zichlik va boshqalar, bu parametrlar harorat o'zgarishi bilan o'zgaradi, bu esa issiqlik uzatish jarayoniga muhim ta'sir ko'rsatadi. Bundan tashqari, eritilgan hovuzdagi suyuqlik oqimi va faza o'zgarishi jarayonlarini, masalan, erish, bug'lanish va qattiqlashishni ham hisobga olish kerak, bu eritilgan hovuzning shakli va harorat maydonining taqsimlanishini o'zgartiradi, lekin materialning mikro tuzilishi va mexanik xususiyatlariga ham ta'sir qiladi.
Raqamli simulyatsiya va eksperimental tadqiqotlar orqali tadqiqotchilar eritilgan hovuzdagi harorat maydonining taqsimoti odatda sezilarli darajada notekislikni namoyon etishini, yuqori harorat maydoni asosan lazer ta'sir maydoni va kalit teshigida to'planganligini va harorat asta-sekin eritilgan hovuz chetiga va issiqlik ta'sir zonasiga pasayishini aniqladilar. Sovutish tezligi eritilgan hovuz hajmining kamayishi va lazer maydonidan masofaning oshishi bilan ortadi. Odatda, sovutish tezligi eritilgan hovuz markazida va kalit teshigi sohasida pastroq, sovutish tezligi esa eritilgan hovuz chetida va issiqlik ta'sir zonasida yuqoriroq bo'ladi, 2-rasmda ko'rsatilganidek. Bu notekis harorat maydoni va sovutish tezligining taqsimoti payvandlangan bo'g'inning mikro tuzilishida, masalan, dona hajmi, faza tarkibi va taqsimotida sezilarli gradient o'zgarishlariga olib keladi, bu esa payvandlangan bo'g'inning mexanik xususiyatlari va korroziyaga chidamliligiga ta'sir qiladi.
3-rasm. Zanglamaydigan po'latdan yasalgan plastinkani lazer bilan chuqur penetratsion payvandlash paytida kalit teshigi va erigan hovuz hosil bo'lishining simulyatsiya natijalari.
Eritilgan hovuzning termodinamik xususiyatlarini yaxshilash, payvandlash sifatini yaxshilash va payvandlash nuqsonlarini kamaytirish maqsadida bir qator optimallashtirish usullari va choralari taklif qilindi. Masalan, lazer quvvati, payvandlash tezligi, nuqta diametri va boshqalar kabi lazer parametrlarini sozlash orqali eritilgan hovuzning harorat maydoni va sovutish tezligini optimallashtirish uchun lazer energiyasining kirish rejimi va taqsimlanishini o'zgartirish mumkin. Bundan tashqari, eritilgan hovuzning termodinamik xatti-harakati va mikrotuzilma evolyutsiyasini oldindan qizdirish, keyin qizdirish, ko'p o'tishli payvandlash va boshqa jarayon usullari, shuningdek, turli xil himoya gazlari va payvandlash atmosferalaridan foydalanish orqali sozlash mumkin. Shu bilan birga, materiallarning issiqlik barqarorligi va payvandlash samaradorligini oshirish uchun yangi payvandlash materiallari va qotishma tizimlarini ishlab chiqish ham eritilgan hovuzlarning termodinamik xususiyatlarini yaxshilashning muhim usullaridan biridir.
Lazerli payvandlash hovuzining xususiyatlari payvandlash sifati, mikrotuzilmasi va mexanik xususiyatlariga ta'sir qiluvchi asosiy omillardir. Lazerli payvandlash hovuzining geometriyasi va termodinamik xususiyatlarini chuqur o'rganish lazerli payvandlash jarayonini optimallashtirish va payvandlash samaradorligi va sifatini oshirish uchun katta ahamiyatga ega. Ko'p sonli eksperimental tadqiqotlar va raqamli simulyatsiya tahlili orqali tadqiqotchilar bir qator muhim tadqiqot natijalariga erishdilar, bu esa lazerli payvandlash texnologiyasini ishlab chiqish va qo'llash uchun kuchli nazariy qo'llab-quvvatlash va texnik ko'rsatmalar beradi. Biroq, hozirgi tadqiqotlarda hali ham ba'zi kamchiliklar mavjud, masalan, modelni soddalashtirish va juda ko'p taxminlar, shuningdek, murakkab ish sharoitida eritma hovuzining xususiyatlarini bashorat qilish yetarlicha aniq emas. Tizimli va keng qamrovli eksperimental tadqiqotlarni takomillashtirish kerak va ko'proq materiallar va payvandlash parametrlari bo'yicha chuqur tadqiqotlar yetishmayapti.
Joylashtirilgan vaqt: 2025-yil 28-fevral
