Формирање и развој на клучните дупки:
Дефиниција на клучалка: 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 поврат на пареата е доволен за да го надмине површинскиот напон и течната гравитација на течниот метал, со што се поместува дел од течниот метал, предизвикувајќи стопениот базен во зоната на побудување да потоне и да формира мали јами; Светлинскиот сноп директно дејствува на дното на малата јама, предизвикувајќи металот понатамошно топење и гасификација. Пареа под 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 слична на клучалка во течниот метал. Кога притисокот на металната пареа генериран од ласерскиот зрак во малата дупка ќе достигне рамнотежа со површинскиот напон и гравитацијата на течниот метал, малата дупка повеќе не се продлабочува и формира мала дупка со стабилна длабочина, што се нарекува „ефект на мала дупка“.
Како што ласерскиот зрак се движи во однос на работниот дел, малата дупка покажува малку наназад закривена предна страна и јасно наклонет превртен триаголник на задната страна. Предниот раб на малата дупка е зоната на дејствување на ласерот, со висока температура и висок притисок на пареа, додека температурата по должината на задниот раб е релативно ниска, а притисокот на пареа е мал. Под оваа разлика во притисокот и температурата, стопената течност тече околу малата дупка од предниот до задниот крај, формирајќи вртлог на задниот крај на малата дупка, и конечно се стврднува на задниот раб. Динамичката состојба на клучалката добиена преку ласерска симулација и вистинско заварување е прикажана на горната слика, Морфологија на мали дупки и протокот на околната стопена течност за време на движење со различни брзини.
Поради присуството на мали дупки, енергијата на ласерскиот зрак продира во внатрешноста на материјалот, формирајќи го овој длабок и тесен заварски спој. Типичната морфологија на напречниот пресек на ласерскиот длабок пенетрациски заварски спој е прикажана на горната слика. Длабочината на пенетрација на заварскиот спој е блиску до длабочината на клучалката (поточно, металографскиот слој е 60-100 μm подлабок од клучалката, еден слој помалку течност). Колку е поголема густината на енергијата на ласерот, толку е подлабока малата дупка и толку е поголема длабочината на пенетрација на заварскиот спој. При заварување со ласер со голема моќност, максималниот однос длабочина-ширина на заварскиот спој може да достигне 12:1.
Анализа на апсорпцијата наласерска енергијапреку клучалка
Пред формирањето на мали дупки и плазма, енергијата на ласерот главно се пренесува во внатрешноста на работниот дел преку топлинска спроводливост. Процесот на заварување припаѓа на спроводливо заварување (со длабочина на пенетрација помала од 0,5 mm), а стапката на апсорпција на ласерот од материјалот е помеѓу 25-45%. Откако ќе се формира клучалката, енергијата на ласерот главно се апсорбира од внатрешноста на работниот дел 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 е речиси целосно апсорбиран преку повеќекратни рефлексии од ѕидот на дупката.
Општо се верува дека механизмот за апсорпција на енергија на ласерот во клучалката вклучува два процеса: обратна апсорпција и Френелова апсорпција.
Рамнотежа на притисокот во клучалката
За време на ласерското заварување со длабока пенетрација, материјалот претрпува интензивна испарување, а притисокот на експанзија генериран од пареата на 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 отскокнување) на материјалот, постојат и површински напон, статички притисок на течноста предизвикан од гравитацијата и динамички притисок на течноста генериран од протокот на стопен материјал во малата дупка. Меѓу овие притисоци, само притисокот на пареата го одржува отворањето на малата дупка, додека другите три сили се стремат 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 надминат другите отпори и да се постигне рамнотежа, одржувајќи ја долгорочната стабилност на клучалката. За поедноставување, генерално се верува дека силите што дејствуваат на ѕидот на клучалката се главно притисок на аблација (притисок на отскокнување на пареа на метал) и површински напон.
Нестабилност на клучалката
Позадина: Ласерот делува на површината на материјалите, предизвикувајќи голема количина метал да испари. Притисокот на отскокнување притиска врз стопениот базен, формирајќи клучалки и плазма, што резултира со зголемување на длабочината на топење. За време на процесот на движење, ласерот го погодува предниот ѕид на клучалката, а положбата каде што ласерот доаѓа во контакт со материјалот ќе предизвика сериозно испарување на материјалот. Во исто време, ѕидот на клучалката ќе доживее губење на маса, а испарувањето ќе формира притисок на отскокнување што ќе притисне врз 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 течниот стопен базен од предниот ѕид до задниот ѕид, волуменот во 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, прекршувањето и апсорпцијата на енергијата на ласерот, што резултира со промени во енергијата на ласерот што ја достигнува површината на материјалот. Целиот процес е динамичен и периодичен, што на крајот резултира со пенетрација на метал во облик на пила и брановидна, и нема мазен завар со еднаква пенетрација. Горенаведената слика е 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 соИПГ-ЛДД како доказ.
Подобрете ја насоката на стабилноста на клучалката
За време на ласерското заварување со длабока пенетрација, стабилноста на малата дупка може да се обезбеди само со динамична рамнотежа на различните притисоци во дупката. Сепак, апсорпцијата на ласерската енергија од ѕидот на дупката и испарувањето на материјалите, исфрлањето на металната пареа надвор од малата дупка и движењето напред на малата дупка и стопениот базен се многу интензивни и брзи процеси. Под одредени услови на процесот, во одредени моменти за време на процесот на заварување, постои можност стабилноста на малата дупка да биде нарушена во локални области, што доведува до дефекти на заварувањето. Најтипични и најчести се дефектите на порозноста од типот на мали пори и прскањето предизвикано од уривање на клучалката;
Па, како да се стабилизира клучалката?
Флуктуацијата на течноста за клучалката е релативно сложена и вклучува премногу фактори (температурно поле, поле на проток, поле на сила, оптоелектронска физика), кои можат едноставно да се сумираат во две категории: односот помеѓу површинскиот напон и притисокот на отскокнување на металната пареа; Притисокот на отскокнување на металната пареа директно дејствува врз генерирањето на клучалките, што е тесно поврзано со длабочината и волуменот на клучалките. Во исто време, како единствена нагорна супстанција од металната пареа во процесот на заварување, таа е исто така тесно поврзана со појавата на прскање; Површинскиот напон влијае на протокот на стопената течна материја;
Значи, стабилниот процес на ласерско заварување зависи од одржувањето на градиентот на дистрибуција на површинскиот напон во стопениот базен, без премногу флуктуации. Површинскиот напон е поврзан со распределбата на температурата, а распределбата на температурата е поврзана со изворот на топлина. Затоа, композитниот извор на топлина и заварувањето со замав 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, а флуктуациите во долната точка на базенот на топење се занемарливи, што има релативно мало влијание врз вкупниот волумен на клучалката и промените во внатрешниот притисок; Значи, прилагодливиот ласерски режим на прстен (прстенеста точка), рекомбинацијата на ласерскиот лак, модулацијата на фреквенцијата итн. се насоки што можат да се прошират.
Време на објавување: 01.12.2023
