Kalit teshiklarining shakllanishi va rivojlanishi:
Kalit teshigi ta'rifi: Radiatsiya nurlanishi 10 ^ 6W/sm ^ 2 dan yuqori bo'lganda, material yuzasi lazer ta'sirida eriydi va bug'lanadi. Bug'lanish tezligi yetarlicha katta bo'lganda, hosil bo'lgan bug'ning qaytarilish bosimi suyuq metallning sirt tarangligi va suyuqlik tortishish kuchini yengish uchun etarli bo'ladi, shu bilan suyuq metallning bir qismini siqib chiqaradi, bu esa qo'zg'alish zonasidagi erigan hovuzning cho'kib ketishiga va kichik chuqurchalar hosil bo'lishiga olib keladi; Yorug'lik nuri to'g'ridan-to'g'ri kichik chuqurchaning tubiga ta'sir qiladi, bu esa metallning yanada erishiga va gazlanishiga olib keladi. Yuqori bosimli bug' chuqurning tubidagi suyuq metallni erigan hovuzning chetiga qarab oqishiga majbur qilishda davom etadi va kichik teshikni yanada chuqurlashtiradi. Bu jarayon davom etadi va oxir-oqibat suyuq metallda kalit teshigiga o'xshash teshik hosil qiladi. Kichik teshikdagi lazer nuri tomonidan hosil qilingan metall bug' bosimi suyuq metallning sirt tarangligi va tortishish kuchi bilan muvozanatga yetganda, kichik teshik endi chuqurlashmaydi va chuqurlikda barqaror kichik teshik hosil qiladi, bu "kichik teshik effekti" deb ataladi.
Lazer nuri ish qismiga nisbatan harakatlanayotganda, kichik teshik biroz orqaga egilgan old tomonni va orqa tomonda aniq qiyshiq teskari uchburchakni ko'rsatadi. Kichik teshikning old chekkasi lazerning ta'sir maydoni bo'lib, yuqori harorat va yuqori bug 'bosimi bilan ajralib turadi, orqa chekka bo'ylab harorat esa nisbatan past va bug 'bosimi kichik. Bu bosim va harorat farqi ostida erigan suyuqlik kichik teshik atrofida old uchidan orqa uchiga oqib o'tadi, kichik teshikning orqa uchida girdob hosil qiladi va nihoyat orqa chekkada qattiqlashadi. Lazer simulyatsiyasi va haqiqiy payvandlash orqali olingan kalit teshigining dinamik holati yuqoridagi rasmda ko'rsatilgan, Kichik teshiklarning morfologiyasi va turli tezliklarda harakatlanish paytida atrofdagi erigan suyuqlikning oqimi.
Kichik teshiklar mavjudligi sababli, lazer nurlari energiyasi materialning ichki qismiga kirib, bu chuqur va tor payvand chokini hosil qiladi. Lazerli chuqur penetratsion payvand chokining odatiy ko'ndalang kesim morfologiyasi yuqoridagi rasmda ko'rsatilgan. Payvand chokining penetratsion chuqurligi kalit teshigining chuqurligiga yaqin (aniqrog'i, metallografik qatlam kalit teshigidan 60-100 um chuqurroq, bitta suyuq qatlam kamroq). Lazer energiyasi zichligi qanchalik yuqori bo'lsa, kichik teshik shunchalik chuqurroq bo'ladi va payvand chokining penetratsion chuqurligi shunchalik katta bo'ladi. Yuqori quvvatli lazerli payvandlashda payvand chokining maksimal chuqurlik va kenglik nisbati 12:1 ga yetishi mumkin.
Yutilish tahlililazer energiyasikalit teshigi orqali
Kichik teshiklar va plazma hosil bo'lishidan oldin, lazer energiyasi asosan issiqlik o'tkazuvchanligi orqali ish qismining ichki qismiga uzatiladi. Payvandlash jarayoni o'tkazuvchan payvandlashga tegishli (kirish chuqurligi 0,5 mm dan kam) va materialning lazerning yutilish darajasi 25-45% oralig'ida. Kalit teshigi hosil bo'lgandan so'ng, lazer energiyasi asosan ish qismining ichki qismi tomonidan kalit teshigi effekti orqali so'riladi va payvandlash jarayoni chuqur penetratsion payvandlashga aylanadi (kirish chuqurligi 0,5 mm dan ortiq), yutilish darajasi 60-90% dan oshishi mumkin.
Kalit teshigi effekti lazer bilan payvandlash, kesish va burg'ulash kabi ishlov berish jarayonida lazerning yutilishini kuchaytirishda juda muhim rol o'ynaydi. Kalit teshigiga kiradigan lazer nuri teshik devoridan bir nechta aks ettirishlar orqali deyarli to'liq yutiladi.
Odatda, kalit teshigi ichidagi lazerning energiya yutish mexanizmi ikkita jarayonni o'z ichiga oladi, deb ishoniladi: teskari yutish va Fresnel yutish.
Kalit teshigi ichidagi bosim balansi
Lazerli chuqur penetratsion payvandlash jarayonida material kuchli bug'lanishga uchraydi va yuqori haroratli bug' tomonidan hosil bo'lgan kengayish bosimi suyuq metallni chiqarib yuboradi va kichik teshiklarni hosil qiladi. Materialning bug' bosimi va ablasyon bosimidan (bug'lanish reaksiya kuchi yoki orqaga qaytish bosimi deb ham ataladi) tashqari, sirt tarangligi, tortishish kuchi ta'sirida hosil bo'lgan suyuq statik bosim va kichik teshik ichidagi erigan material oqimi natijasida hosil bo'lgan suyuqlik dinamik bosimi ham mavjud. Bu bosimlar orasida faqat bug' bosimi kichik teshikning ochilishini saqlab turadi, qolgan uchta kuch esa kichik teshikni yopishga harakat qiladi. Payvandlash jarayonida kalit teshigining barqarorligini saqlab qolish uchun bug' bosimi boshqa qarshiliklarni yengib o'tish va muvozanatga erishish uchun etarli bo'lishi kerak, kalit teshigining uzoq muddatli barqarorligini saqlab qoladi. Soddalashtirish uchun, odatda kalit teshigi devoriga ta'sir qiluvchi kuchlar asosan ablasyon bosimi (metall bug'ining orqaga qaytish bosimi) va sirt tarangligi deb ishoniladi.
Kalit teshigining beqarorligi
Fon: Lazer materiallar yuzasiga ta'sir qiladi va ko'p miqdordagi metallning bug'lanishiga olib keladi. Qaytish bosimi erigan hovuzga bosiladi, kalit teshiklari va plazma hosil qiladi, natijada erish chuqurligi oshadi. Harakatlanish jarayonida lazer kalit teshikning old devoriga uriladi va lazer material bilan aloqa qiladigan joy materialning kuchli bug'lanishiga olib keladi. Shu bilan birga, kalit teshik devori massa yo'qotilishini boshdan kechiradi va bug'lanish suyuq metallga bosadigan qaytarish bosimini hosil qiladi, bu esa kalit teshikning ichki devorining pastga tebranishiga va kalit teshikning pastki qismi bo'ylab erigan hovuzning orqa tomoniga harakatlanishiga olib keladi. Suyuq erigan hovuzning old devordan orqa devorga tebranishi tufayli kalit teshik ichidagi hajm doimiy ravishda o'zgarib turadi. Kalit teshikning ichki bosimi ham shunga mos ravishda o'zgaradi, bu esa purkalgan plazma hajmining o'zgarishiga olib keladi. Plazma hajmining o'zgarishi lazer energiyasining ekranlanishi, sinishi va yutilishiga olib keladi, natijada lazerning material yuzasiga yetib boradigan energiyasi o'zgaradi. Butun jarayon dinamik va davriy bo'lib, oxir-oqibat arra tishi shaklidagi va to'lqinli metall penetratsiyasiga olib keladi va silliq teng penetratsion payvandlash bo'lmaydi. Yuqoridagi rasm payvandlash markaziga parallel ravishda uzunlamasına kesish orqali olingan payvandlash markazining kesma ko'rinishi, shuningdek, kalit teshigi chuqurligining o'zgarishini real vaqt rejimida o'lchashdir.IPG-LDD dalil sifatida.
Kalit teshigining barqarorlik yo'nalishini yaxshilang
Lazerli chuqur penetratsion payvandlash paytida kichik teshikning barqarorligi faqat teshik ichidagi turli bosimlarning dinamik muvozanati bilan ta'minlanishi mumkin. Biroq, teshik devori tomonidan lazer energiyasining yutilishi va materiallarning bug'lanishi, metall bug'ining kichik teshikdan tashqariga chiqishi va kichik teshik va erigan hovuzning oldinga siljishi juda intensiv va tezkor jarayonlardir. Muayyan jarayon sharoitlarida, payvandlash jarayonining ma'lum bir paytlarida, mahalliy joylarda kichik teshikning barqarorligi buzilishi mumkin, bu esa payvandlash nuqsonlariga olib keladi. Eng tipik va keng tarqalganlari - bu kichik g'ovaklik nuqsonlari va kalit teshigining qulashi natijasida yuzaga keladigan sachrashlar;
Xo'sh, kalit teshigini qanday barqarorlashtirish kerak?
Kalit teshigi suyuqligining tebranishi nisbatan murakkab va juda ko'p omillarni (harorat maydoni, oqim maydoni, kuch maydoni, optoelektron fizika) o'z ichiga oladi, ularni shunchaki ikki toifaga ajratish mumkin: sirt tarangligi va metall bug'ining qaytish bosimi o'rtasidagi bog'liqlik; Metall bug'ining qaytish bosimi kalit teshiklarining paydo bo'lishiga bevosita ta'sir qiladi, bu kalit teshiklarining chuqurligi va hajmi bilan chambarchas bog'liq. Shu bilan birga, payvandlash jarayonida metall bug'ining yagona yuqoriga harakatlanuvchi moddasi sifatida u sachrashning paydo bo'lishi bilan ham chambarchas bog'liq; Sirt tarangligi erigan hovuz oqimiga ta'sir qiladi;
Shunday qilib, lazerli payvandlash jarayonining barqarorligi eritilgan hovuzda sirt tarangligining taqsimlanish gradiyentini juda ko'p tebranishlarsiz saqlashga bog'liq. Sirt tarangligi harorat taqsimoti bilan, harorat taqsimoti esa issiqlik manbai bilan bog'liq. Shuning uchun, kompozit issiqlik manbai va belanchakli payvandlash barqaror payvandlash jarayoni uchun potentsial texnik yo'nalishlar hisoblanadi;
Metall bug'i va kalit teshigi hajmi plazma effektiga va kalit teshigining kattaligiga e'tibor qaratish kerak. Teshik qanchalik katta bo'lsa, kalit teshigi shunchalik katta bo'ladi va eritma havzasining pastki nuqtasidagi tebranishlar ahamiyatsiz bo'lib, ular umumiy kalit teshigi hajmi va ichki bosim o'zgarishlariga nisbatan kichik ta'sir ko'rsatadi; Shunday qilib, sozlanishi halqa rejimidagi lazer (halqali nuqta), lazer yoyini rekombinatsiyasi, chastota modulyatsiyasi va boshqalar kengaytirilishi mumkin bo'lgan yo'nalishlardir.
Nashr vaqti: 2023-yil 1-dekabr
