Формирање и развој на клучалки:
Дефиниција на клучалката: Кога зрачењето на зрачењето е поголемо од 10 ^ 6W/cm ^ 2, површината на материјалот се топи и испарува под дејство на ласер. Кога брзината на испарување е доволно голема, генерираниот притисок на враќање на пареата е доволен за да се надмине површинскиот напон и течната гравитација на течниот метал, со што се поместува дел од течниот метал, предизвикувајќи растопениот базен во зоната на возбудување да потоне и да формира мали јами. ; Зракот на светлина директно делува на дното на малата јама, предизвикувајќи металот дополнително да се топи и гасифицира. Пареата со висок притисок продолжува да го принудува течниот метал на дното на јамата да тече кон периферијата на стопениот базен, дополнително продлабочувајќи ја малата дупка. Овој процес продолжува, на крајот формирајќи дупка како дупка во течниот метал. Кога притисокот на металната пареа генериран од ласерскиот зрак во малата дупка достигнува рамнотежа со површинскиот напон и гравитацијата на течниот метал, малата дупка повеќе не се продлабочува и формира мала дупка стабилна длабочина, која се нарекува „ефект на мала дупка“. .
Како што ласерскиот зрак се движи во однос на работното парче, малата дупка покажува малку наназад заоблен преден дел и јасно наведнат превртен триаголник одзади. Предниот раб на малата дупка е акционата област на ласерот, со висока температура и висок притисок на пареа, додека температурата по задниот раб е релативно ниска, а притисокот на пареата е мал. Под оваа разлика во притисокот и температурата, стопената течност тече околу малата дупка од предниот крај кон задниот крај, формирајќи вител на задниот крај на малата дупка и на крајот се зацврстува на задниот раб. Динамичната состојба на клучалката добиена преку ласерска симулација и вистинско заварување е прикажана на горната слика, Морфологијата на малите дупки и протокот на околната стопена течност за време на патувањето со различни брзини.
Поради присуството на мали дупки, енергијата на ласерскиот зрак продира во внатрешноста на материјалот, формирајќи го овој длабок и тесен спој на заварување. Типичната морфологија на напречниот пресек на шевот за заварување со длабока пенетрација на ласерот е прикажана на горната слика. Длабочината на пенетрација на шевот на заварот е блиску до длабочината на клучалката (поточно, металографскиот слој е 60-100 m подлабок од клучалката, еден слој помалку течност). Колку е поголема густината на енергијата на ласерот, толку е подлабока малата дупка и поголема е длабочината на пенетрација на спојот на заварот. При ласерско заварување со голема моќност, максималниот сооднос на длабочина и ширина на спојот на заварот може да достигне 12:1.
Анализа на апсорпција наласерска енергијаод клучалката
Пред формирањето на мали дупки и плазма, енергијата на ласерот главно се пренесува во внатрешноста на работното парче преку топлинска спроводливост. Процесот на заварување припаѓа на спроводливо заварување (со длабочина на пенетрација помала од 0,5 mm), а стапката на апсорпција на материјалот на ласерот е помеѓу 25-45%. Откако ќе се формира клучалката, енергијата на ласерот главно се апсорбира од внатрешноста на работното парче преку ефектот на клучалката, а процесот на заварување станува заварување со длабока пенетрација (со длабочина на пенетрација поголема од 0,5 mm), Стапката на апсорпција може да достигне над 60-90%.
Ефектот на клучалката игра исклучително важна улога во подобрувањето на апсорпцијата на ласерот за време на обработката, како што се ласерско заварување, сечење и дупчење. Ласерскиот зрак што влегува во клучалката речиси целосно се апсорбира преку повеќекратни рефлексии од ѕидот на дупката.
Општо се верува дека механизмот за апсорпција на енергија на ласерот во внатрешноста на клучалката вклучува два процеси: обратна апсорпција и апсорпција на Френел.
Баланс на притисок во внатрешноста на клучалката
За време на ласерското заварување со длабока пенетрација, материјалот претрпува сериозно испарување, а експанзиониот притисок генериран од пареата со висока температура го исфрла течниот метал, формирајќи мали дупки. Покрај притисокот на пареата и притисокот на аблација (исто така познат како сила на реакција на испарување или притисок на повлекување) на материјалот, постојат и површински напон, течен статички притисок предизвикан од гравитацијата и течен динамички притисок генериран од протокот на стопениот материјал во мала дупка. Меѓу овие притисоци, само притисокот на пареата го одржува отворот на малата дупка, додека другите три сили се трудат да ја затворат малата дупка. За да се одржи стабилноста на клучалката за време на процесот на заварување, притисокот на пареата мора да биде доволен за да се надмине другиот отпор и да се постигне рамнотежа, одржувајќи ја долгорочната стабилност на клучалката. За едноставност, генерално се верува дека силите што дејствуваат на ѕидот на клучалката се главно аблационен притисок (притисок на повратен притисок на метална пареа) и површински напон.
Нестабилност на клучалката
Позадина: Ласерот делува на површината на материјалите, предизвикувајќи испарување на големо количество метал. Повратниот притисок притиска на стопениот базен, формирајќи клучалки и плазма, што резултира со зголемување на длабочината на топење. За време на процесот на движење, ласерот удира во предниот ѕид на клучалката, а положбата каде што ласерот контактира со материјалот ќе предизвика сериозно испарување на материјалот. Во исто време, ѕидот на клучалката ќе доживее загуба на маса, а испарувањето ќе формира повратен притисок кој ќе го притисне течниот метал, предизвикувајќи внатрешниот ѕид на клучалката да флуктуира надолу и да се движи околу дното на клучалката кон задниот дел од стопениот базен. Поради флуктуацијата на течното стопениот базен од предниот ѕид до задниот ѕид, волуменот во внатрешноста на клучалката постојано се менува, внатрешниот притисок на клучалката исто така се менува соодветно, што доведува до промена на волуменот на испрсканата плазма . Промената на волуменот на плазмата доведува до промени во заштитата, рефракцијата и апсорпцијата на ласерската енергија, што резултира со промени во енергијата на ласерот што стигнува до површината на материјалот. Целиот процес е динамичен и периодичен, што на крајот резултира со пенетрација на метал во облик на пила и брановидна пенетрација и нема мазен завар со еднаква пенетрација. Горенаведената слика е преглед на пресек на центарот на заварот добиен со надолжно сечење паралелно со центарот на заварот, како и мерење во реално време на варијацијата на длабочината на клучалката соIPG-ЛДД како доказ.
Подобрете ја насоката на стабилност на клучалката
За време на ласерското заварување со длабока пенетрација, стабилноста на малата дупка може да се обезбеди само со динамичната рамнотежа на различните притисоци внатре во дупката. Меѓутоа, апсорпцијата на ласерската енергија од ѕидот на дупката и испарувањето на материјалите, исфрлањето на металната пареа надвор од малата дупка и движењето нанапред на малата дупка и стопениот базен се сите многу интензивни и брзи процеси. Под одредени услови на процесот, во одредени моменти од процесот на заварување, постои можност стабилноста на малата дупка да биде нарушена во локални области, што ќе доведе до дефекти на заварувањето. Најтипични и најчести се дефекти на порозност од мали пори и прскање предизвикани од колапс на клучалката;
Па, како да се стабилизира клучалката?
Флуктуацијата на течноста од клучалката е релативно сложена и вклучува премногу фактори (температурно поле, поле на проток, поле на сила, оптоелектронска физика), што може едноставно да се сумира во две категории: односот помеѓу површинскиот напон и притисокот на повратниот притисок на металната пареа; Повратниот притисок на металната пареа директно делува на создавањето клучалки, што е тесно поврзано со длабочината и волуменот на клучалките. Во исто време, како единствена нагоре подвижна супстанција на метална пареа во процесот на заварување, таа е исто така тесно поврзана со појавата на прскање; Површинскиот напон влијае на протокот на стопениот базен;
Значи, стабилниот процес на ласерско заварување зависи од одржувањето на дистрибутивниот градиент на површинскиот напон во стопениот базен, без премногу флуктуации. Површинскиот напон е поврзан со дистрибуцијата на температурата, а дистрибуцијата на температурата е поврзана со изворот на топлина. Затоа, композитниот извор на топлина и заварувањето со нишање се потенцијални технички насоки за стабилен процес на заварување;
Металната пареа и волуменот на клучалката треба да обрнат внимание на ефектот на плазма и големината на отворот на клучалката. Колку е поголем отворот, толку е поголема клучалката и занемарливите флуктуации во долната точка на базенот за топење, кои имаат релативно мало влијание врз севкупниот волумен на клучалката и промените на внатрешниот притисок; Така, ласерот со прилагодлив режим на прстен (прстенестото место), рекомбинацијата на ласерскиот лак, модулацијата на фреквенцијата итн. се сите насоки што можат да се прошират.
Време на објавување: Декември-01-2023 година
