Ο σχηματισμός και η ανάπτυξη κλειδαρότρυπων:
Ορισμός κλειδαρότρυπας: Όταν η ακτινοβολία ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερη από 10 ^ 6 W/cm ^ 2, η επιφάνεια του υλικού λιώνει και εξατμίζεται υπό τη δράση λέιζερ. Όταν η ταχύτητα εξάτμισης είναι αρκετά μεγάλη, η παραγόμενη πίεση ανάκρουσης ατμού είναι επαρκής για να υπερνικήσει την επιφανειακή τάση και τη βαρύτητα του υγρού μετάλλου, μετατοπίζοντας έτσι μέρος του υγρού μετάλλου, προκαλώντας τη βύθιση της λιωμένης λίμνης στη ζώνη διέγερσης και τη δημιουργία μικρών κοιλοτήτων ; Η δέσμη φωτός δρα απευθείας στον πυθμένα του μικρού λάκκου, προκαλώντας περαιτέρω τήξη και αεριοποίηση του μετάλλου. Ο ατμός υψηλής πίεσης συνεχίζει να αναγκάζει το υγρό μέταλλο στον πυθμένα του λάκκου να ρέει προς την περιφέρεια της λιωμένης πισίνας, βαθαίνοντας περαιτέρω τη μικρή τρύπα. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται, σχηματίζοντας τελικά μια κλειδαρότρυπα σαν οπή στο υγρό μέταλλο. Όταν η πίεση ατμών μετάλλου που δημιουργείται από τη δέσμη λέιζερ στη μικρή οπή φτάσει σε ισορροπία με την επιφανειακή τάση και τη βαρύτητα του υγρού μετάλλου, η μικρή οπή δεν βαθαίνει πλέον και σχηματίζει μια σταθερή στο βάθος μικρή τρύπα, η οποία ονομάζεται «φαινόμενο μικρής οπής». .
Καθώς η δέσμη λέιζερ κινείται σε σχέση με το τεμάχιο εργασίας, η μικρή οπή δείχνει ένα ελαφρώς προς τα πίσω καμπυλωμένο μπροστινό μέρος και ένα σαφώς κεκλιμένο ανεστραμμένο τρίγωνο στο πίσω μέρος. Το μπροστινό άκρο της μικρής οπής είναι η περιοχή δράσης του λέιζερ, με υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση ατμών, ενώ η θερμοκρασία κατά μήκος του πίσω άκρου είναι σχετικά χαμηλή και η πίεση ατμών είναι μικρή. Κάτω από αυτή τη διαφορά πίεσης και θερμοκρασίας, το λιωμένο υγρό ρέει γύρω από τη μικρή οπή από το μπροστινό άκρο στο πίσω άκρο, σχηματίζοντας μια δίνη στο πίσω άκρο της μικρής οπής και τελικά στερεοποιείται στο πίσω άκρο. Η δυναμική κατάσταση της κλειδαρότρυπας που λαμβάνεται μέσω της προσομοίωσης λέιζερ και της πραγματικής συγκόλλησης φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, Η μορφολογία των μικρών οπών και η ροή του περιβάλλοντα λιωμένου υγρού κατά τη διάρκεια του ταξιδιού με διαφορετικές ταχύτητες.
Λόγω της παρουσίας μικρών οπών, η ενέργεια της δέσμης λέιζερ διεισδύει στο εσωτερικό του υλικού, σχηματίζοντας αυτή τη βαθιά και στενή ραφή συγκόλλησης. Η τυπική μορφολογία διατομής της ραφής συγκόλλησης βαθιάς διείσδυσης λέιζερ φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Το βάθος διείσδυσης της ραφής συγκόλλησης είναι κοντά στο βάθος της κλειδαρότρυπας (για την ακρίβεια, το μεταλλογραφικό στρώμα είναι 60-100 m βαθύτερο από την κλειδαρότρυπα, ένα στρώμα λιγότερο υγρό). Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα ενέργειας του λέιζερ, τόσο πιο βαθιά είναι η μικρή οπή και τόσο μεγαλύτερο είναι το βάθος διείσδυσης της ραφής συγκόλλησης. Στη συγκόλληση με λέιζερ υψηλής ισχύος, η μέγιστη αναλογία βάθους προς πλάτος της ραφής συγκόλλησης μπορεί να φτάσει το 12:1.
Ανάλυση απορρόφησης τουενέργεια λέιζεραπό κλειδαρότρυπα
Πριν από το σχηματισμό μικρών οπών και πλάσματος, η ενέργεια του λέιζερ μεταδίδεται κυρίως στο εσωτερικό του τεμαχίου εργασίας μέσω θερμικής αγωγιμότητας. Η διαδικασία συγκόλλησης ανήκει σε αγώγιμη συγκόλληση (με βάθος διείσδυσης μικρότερο από 0,5 mm), και ο ρυθμός απορρόφησης του υλικού του λέιζερ είναι μεταξύ 25-45%. Μόλις σχηματιστεί η κλειδαρότρυπα, η ενέργεια του λέιζερ απορροφάται κυρίως από το εσωτερικό του τεμαχίου εργασίας μέσω του φαινομένου της κλειδαρότρυπας και η διαδικασία συγκόλλησης γίνεται συγκόλληση βαθιάς διείσδυσης (με βάθος διείσδυσης μεγαλύτερο από 0,5 mm), ο ρυθμός απορρόφησης μπορεί να φτάσει πάνω από 60-90%.
Το φαινόμενο της κλειδαρότρυπας παίζει εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στην ενίσχυση της απορρόφησης του λέιζερ κατά την επεξεργασία, όπως η συγκόλληση με λέιζερ, η κοπή και η διάτρηση. Η ακτίνα λέιζερ που εισέρχεται στην κλειδαρότρυπα απορροφάται σχεδόν πλήρως μέσω πολλαπλών ανακλάσεων από το τοίχωμα της οπής.
Γενικά πιστεύεται ότι ο μηχανισμός απορρόφησης ενέργειας του λέιζερ μέσα στην κλειδαρότρυπα περιλαμβάνει δύο διαδικασίες: την αντίστροφη απορρόφηση και την απορρόφηση Fresnel.
Ισορροπία πίεσης μέσα στην κλειδαρότρυπα
Κατά τη συγκόλληση με βαθιά διείσδυση με λέιζερ, το υλικό υφίσταται σοβαρή εξάτμιση και η πίεση διαστολής που δημιουργείται από ατμό υψηλής θερμοκρασίας αποβάλλει το υγρό μέταλλο, σχηματίζοντας μικρές οπές. Εκτός από την πίεση ατμών και την πίεση κατάλυσης (επίσης γνωστή ως δύναμη αντίδρασης εξάτμισης ή πίεση ανάκρουσης) του υλικού, υπάρχει επίσης επιφανειακή τάση, στατική πίεση υγρού που προκαλείται από τη βαρύτητα και δυναμική πίεση ρευστού που δημιουργείται από τη ροή του τηγμένου υλικού μέσα στο μικρή τρύπα. Μεταξύ αυτών των πιέσεων, μόνο η πίεση ατμού διατηρεί το άνοιγμα της μικρής οπής, ενώ οι άλλες τρεις δυνάμεις προσπαθούν να κλείσουν τη μικρή τρύπα. Για να διατηρηθεί η σταθερότητα της κλειδαρότρυπας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, η τάση ατμών πρέπει να είναι επαρκής για να ξεπεραστεί η άλλη αντίσταση και να επιτευχθεί ισορροπία, διατηρώντας τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα της κλειδαρότρυπας. Για λόγους απλότητας, πιστεύεται γενικά ότι οι δυνάμεις που ασκούνται στο τοίχωμα της κλειδαρότρυπας είναι κυρίως η πίεση κατάλυσης (πίεση ανάκρουσης ατμών μετάλλου) και η επιφανειακή τάση.
Αστάθεια της κλειδαρότρυπας
Ιστορικό: Το λέιζερ δρα στην επιφάνεια των υλικών, προκαλώντας την εξάτμιση μεγάλης ποσότητας μετάλλου. Η πίεση ανάκρουσης πιέζει προς τα κάτω τη λιωμένη δεξαμενή, σχηματίζοντας κλειδαρότρυπες και πλάσμα, με αποτέλεσμα την αύξηση του βάθους τήξης. Κατά τη διαδικασία μετακίνησης, το λέιζερ χτυπά το μπροστινό τοίχωμα της κλειδαρότρυπας και η θέση όπου το λέιζερ έρχεται σε επαφή με το υλικό θα προκαλέσει σοβαρή εξάτμιση του υλικού. Ταυτόχρονα, το τοίχωμα της κλειδαρότρυπας θα παρουσιάσει απώλεια μάζας και η εξάτμιση θα σχηματίσει μια πίεση ανάκρουσης που θα πιέσει προς τα κάτω το υγρό μέταλλο, προκαλώντας το εσωτερικό τοίχωμα της κλειδαρότρυπας να αυξομειωθεί προς τα κάτω και να μετακινηθεί γύρω από το κάτω μέρος της κλειδαρότρυπας προς το πίσω από τη λιωμένη πισίνα. Λόγω της διακύμανσης της λίμνης λιωμένου υγρού από το μπροστινό τοίχωμα στο πίσω τοίχωμα, ο όγκος μέσα στην κλειδαρότρυπα αλλάζει συνεχώς, Η εσωτερική πίεση της κλειδαρότρυπας επίσης αλλάζει ανάλογα, γεγονός που οδηγεί σε αλλαγή στον όγκο του πλάσματος που ψεκάζεται . Η αλλαγή στον όγκο του πλάσματος οδηγεί σε αλλαγές στη θωράκιση, τη διάθλαση και την απορρόφηση της ενέργειας λέιζερ, με αποτέλεσμα αλλαγές στην ενέργεια του λέιζερ που φτάνει στην επιφάνεια του υλικού. Η όλη διαδικασία είναι δυναμική και περιοδική, καταλήγοντας τελικά σε μια οδοντωτή και κυματιστή διείσδυση μετάλλου, και δεν υπάρχει ομαλή συγκόλληση ίσης διείσδυσης. κέντρο της συγκόλλησης, καθώς και μέτρηση σε πραγματικό χρόνο της διακύμανσης του βάθους της κλειδαρότρυπας κατάIPG-LDD ως αποδεικτικό στοιχείο.
Βελτιώστε την κατεύθυνση σταθερότητας της κλειδαρότρυπας
Κατά τη συγκόλληση με βαθιά διείσδυση με λέιζερ, η σταθερότητα της μικρής οπής μπορεί να διασφαλιστεί μόνο από τη δυναμική ισορροπία των διαφόρων πιέσεων μέσα στην οπή. Ωστόσο, η απορρόφηση ενέργειας λέιζερ από το τοίχωμα της οπής και η εξάτμιση των υλικών, η εκτόξευση μεταλλικών ατμών έξω από τη μικρή οπή και η κίνηση προς τα εμπρός της μικρής οπής και της λιωμένης λίμνης είναι όλα πολύ έντονες και γρήγορες διαδικασίες. Κάτω από ορισμένες συνθήκες διεργασίας, σε ορισμένες στιγμές κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, υπάρχει πιθανότητα να διαταραχθεί η σταθερότητα της μικρής οπής σε τοπικές περιοχές, οδηγώντας σε ελαττώματα συγκόλλησης. Τα πιο τυπικά και κοινά είναι ελαττώματα πορώδους τύπου μικρών πόρων και πιτσιλίσματα που προκαλούνται από κατάρρευση της κλειδαρότρυπας.
Πώς να σταθεροποιήσετε λοιπόν την κλειδαρότρυπα;
Η διακύμανση του υγρού της κλειδαρότρυπας είναι σχετικά πολύπλοκη και περιλαμβάνει πάρα πολλούς παράγοντες (πεδίο θερμοκρασίας, πεδίο ροής, πεδίο δύναμης, οπτοηλεκτρονική φυσική), οι οποίοι μπορούν απλά να συνοψιστούν σε δύο κατηγορίες: τη σχέση μεταξύ επιφανειακής τάσης και πίεσης ανάκρουσης ατμών μετάλλου. Η πίεση ανάκρουσης των μεταλλικών ατμών επηρεάζει άμεσα τη δημιουργία κλειδαρότρυπων, η οποία σχετίζεται στενά με το βάθος και τον όγκο των κλειδαρότρυπων. Ταυτόχρονα, ως η μόνη προς τα πάνω κινούμενη ουσία μεταλλικών ατμών στη διαδικασία συγκόλλησης, σχετίζεται επίσης στενά με την εμφάνιση πιτσιλίσματος. Η επιφανειακή τάση επηρεάζει τη ροή της λιωμένης δεξαμενής.
Έτσι, η σταθερή διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ εξαρτάται από τη διατήρηση της κλίσης κατανομής της επιφανειακής τάσης στη λιωμένη λίμνη, χωρίς υπερβολικές διακυμάνσεις. Η επιφανειακή τάση σχετίζεται με την κατανομή της θερμοκρασίας και η κατανομή της θερμοκρασίας σχετίζεται με την πηγή θερμότητας. Επομένως, η σύνθετη πηγή θερμότητας και η αιωρούμενη συγκόλληση είναι πιθανές τεχνικές οδηγίες για σταθερή διαδικασία συγκόλλησης.
Οι ατμοί μετάλλου και ο όγκος της κλειδαρότρυπας πρέπει να δώσουν προσοχή στο φαινόμενο του πλάσματος και στο μέγεθος του ανοίγματος της κλειδαρότρυπας. Όσο μεγαλύτερο είναι το άνοιγμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η κλειδαρότρυπα και οι αμελητέες διακυμάνσεις στο κάτω σημείο της δεξαμενής τήγματος, οι οποίες έχουν σχετικά μικρό αντίκτυπο στον συνολικό όγκο της κλειδαρότρυπας και στις αλλαγές της εσωτερικής πίεσης. Έτσι, το ρυθμιζόμενο λέιζερ λειτουργίας δακτυλίου (δακτυλιοειδές σημείο), ο ανασυνδυασμός τόξου λέιζερ, η διαμόρφωση συχνότητας κ.λπ. είναι όλες οι κατευθύνσεις που μπορούν να επεκταθούν.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-01-2023
