Anahtar deliklerinin oluşumu ve gelişimi:
Anahtar deliği tanımı: Radyasyon ışınımı 10 ^ 6W/cm ^ 2'den büyük olduğunda, malzemenin yüzeyi lazerin etkisi altında erir ve buharlaşır. Buharlaşma hızı yeterince büyük olduğunda, üretilen buhar geri tepme basıncı, sıvı metalin yüzey gerilimini ve sıvı çekimini yenmek için yeterlidir, böylece sıvı metalin bir kısmı yer değiştirir ve uyarma bölgesindeki erimiş havuzun batmasına ve küçük çukurlar oluşturmasına neden olur. ; Işık huzmesi doğrudan küçük çukurun tabanına etki ederek metalin daha da erimesine ve gazlaşmasına neden olur. Yüksek basınçlı buhar, çukurun dibindeki sıvı metali erimiş havuzun çevresine doğru akmaya zorlamaya devam ederek küçük deliği daha da derinleştirir. Bu süreç, sıvı metalde anahtar deliği benzeri bir delik oluşturularak devam eder. Lazer ışınının küçük delikte oluşturduğu metal buhar basıncı, sıvı metalin yüzey gerilimi ve yerçekimi ile dengeye ulaştığında, küçük delik artık derinleşmez ve derinliği stabil küçük bir delik oluşturur ki buna “küçük delik etkisi” denir. .
Lazer ışını iş parçasına göre hareket ettikçe, küçük deliğin ön tarafı hafifçe geriye doğru kavisli, arka kısmı ise açıkça eğimli bir ters üçgen gösterir. Küçük deliğin ön kenarı lazerin yüksek sıcaklık ve yüksek buhar basıncına sahip etki alanıdır, arka kenar boyunca sıcaklık ise nispeten düşüktür ve buhar basıncı küçüktür. Bu basınç ve sıcaklık farkı altında erimiş sıvı küçük deliğin etrafından ön uçtan arka uca doğru akarak küçük deliğin arka ucunda bir girdap oluşturur ve son olarak arka kenarda katılaşır. Lazer simülasyonu ve gerçek kaynak yoluyla elde edilen anahtar deliğinin dinamik durumu yukarıdaki şekilde gösterilmektedir: Küçük deliklerin morfolojisi ve farklı hızlarda hareket sırasında çevredeki erimiş sıvının akışı.
Küçük deliklerin varlığı nedeniyle lazer ışınının enerjisi malzemenin iç kısmına nüfuz ederek bu derin ve dar kaynak dikişini oluşturur. Lazer derin nüfuzlu kaynak dikişinin tipik kesit morfolojisi yukarıdaki şekilde gösterilmektedir. Kaynak dikişinin nüfuz derinliği anahtar deliğinin derinliğine yakındır (kesin olarak söylemek gerekirse, metalografik katman anahtar deliğinden 60-100um daha derindir, sıvı katman bir eksiktir). Lazer enerjisi yoğunluğu ne kadar yüksek olursa, küçük delik o kadar derin olur ve kaynak dikişinin nüfuz derinliği de o kadar büyük olur. Yüksek güçlü lazer kaynağında kaynak dikişinin maksimum derinlik/genişlik oranı 12:1'e ulaşabilir.
Absorbsiyon analizilazer enerjisianahtar deliğinden
Küçük deliklerin ve plazmanın oluşmasından önce, lazerin enerjisi esas olarak termal iletim yoluyla iş parçasının iç kısmına iletilir. Kaynak işlemi iletken kaynağa (penetrasyon derinliği 0,5 mm'den az olan) ait olup, malzemenin lazeri emme oranı %25-45 arasındadır. Anahtar deliği oluşturulduktan sonra, lazerin enerjisi esas olarak anahtar deliği etkisi yoluyla iş parçasının iç kısmı tarafından emilir ve kaynak işlemi derin nüfuzlu kaynak haline gelir (nüfuz derinliği 0,5 mm'den fazla), emme oranı ulaşabilir %60-90'ın üzerinde.
Anahtar deliği etkisi, lazer kaynaklama, kesme ve delme gibi işlemler sırasında lazerin emilimini arttırmada son derece önemli bir rol oynar. Anahtar deliğine giren lazer ışını, delik duvarından gelen çoklu yansımalar nedeniyle neredeyse tamamen emilir.
Genel olarak anahtar deliği içindeki lazerin enerji emme mekanizmasının iki süreci içerdiğine inanılmaktadır: ters emilim ve Fresnel emilimi.
Anahtar deliği içindeki basınç dengesi
Lazerle derin nüfuzlu kaynak sırasında malzeme şiddetli buharlaşmaya maruz kalır ve yüksek sıcaklıktaki buharın oluşturduğu genleşme basıncı, sıvı metali dışarı atarak küçük delikler oluşturur. Malzemenin buhar basıncına ve ablasyon basıncına (aynı zamanda buharlaşma reaksiyon kuvveti veya geri tepme basıncı olarak da bilinir) ek olarak, yüzey gerilimi, yerçekiminin neden olduğu sıvı statik basıncı ve erimiş malzemenin malzeme içinde akışıyla oluşturulan akışkan dinamiği basıncı da vardır. küçük delik. Bu basınçlardan sadece buhar basıncı küçük deliğin açılmasını sağlarken, diğer üç kuvvet küçük deliğin kapanmasını sağlamaya çalışır. Kaynak işlemi sırasında anahtar deliğinin stabilitesini korumak için, buhar basıncı diğer direncin üstesinden gelmeye ve anahtar deliğinin uzun vadeli stabilitesini koruyarak dengeyi sağlamaya yeterli olmalıdır. Basitlik açısından, genellikle anahtar deliği duvarına etki eden kuvvetlerin esas olarak ablasyon basıncı (metal buhar geri tepme basıncı) ve yüzey gerilimi olduğuna inanılmaktadır.
Anahtar Deliğinin Kararsızlığı
Arka Plan: Lazer malzemelerin yüzeyine etki ederek büyük miktarda metalin buharlaşmasına neden olur. Geri tepme basıncı erimiş havuza baskı yaparak anahtar delikleri ve plazma oluşturarak erime derinliğinin artmasına neden olur. Hareket etme işlemi sırasında lazer anahtar deliğinin ön duvarına çarpar ve lazerin malzemeye temas ettiği konum malzemenin ciddi şekilde buharlaşmasına neden olur. Aynı zamanda, anahtar deliği duvarı kütle kaybına uğrayacak ve buharlaşma, sıvı metale baskı yapacak bir geri tepme basıncı oluşturacak ve anahtar deliğinin iç duvarının aşağı doğru dalgalanmasına ve anahtar deliğinin alt kısmı etrafında anahtar deliğinin alt kısmına doğru hareket etmesine neden olacaktır. erimiş havuzun arkası. Sıvı erimiş havuzun ön duvardan arka duvara dalgalanması nedeniyle anahtar deliği içindeki hacim sürekli değişmektedir. Anahtar deliğinin iç basıncı da buna göre değişmektedir, bu da dışarı püskürtülen plazmanın hacminde bir değişikliğe yol açmaktadır. . Plazma hacmindeki değişiklik, lazer enerjisinin korunmasında, kırılmasında ve emilmesinde değişikliklere yol açarak, malzeme yüzeyine ulaşan lazerin enerjisinde değişikliklere neden olur. Tüm süreç dinamik ve periyodik olup sonuçta testere dişi şeklinde ve dalgalı bir metal nüfuzu ile sonuçlanır ve pürüzsüz eşit nüfuziyetli bir kaynak yoktur. kaynağın merkezinin yanı sıra anahtar deliği derinliği değişiminin gerçek zamanlı ölçümüIPGKanıt olarak -LDD.
Anahtar deliğinin stabilite yönünü geliştirin
Lazer derin nüfuzlu kaynak sırasında küçük deliğin stabilitesi ancak delik içindeki çeşitli basınçların dinamik dengesi ile sağlanabilir. Bununla birlikte, lazer enerjisinin delik duvarı tarafından emilmesi ve malzemelerin buharlaşması, metal buharının küçük deliğin dışına atılması ve küçük deliğin ve erimiş havuzun ileri doğru hareketi çok yoğun ve hızlı süreçlerdir. Belirli proses koşulları altında, kaynak işleminin belirli anlarında, küçük deliğin stabilitesinin yerel alanlarda bozularak kaynak hatalarına yol açma ihtimali vardır. En tipik ve yaygın olanları küçük gözenek tipi gözenek kusurları ve anahtar deliği çökmesinden kaynaklanan sıçramalardır;
Peki anahtar deliği nasıl sabitlenir?
Anahtar deliği sıvısının dalgalanması nispeten karmaşıktır ve çok fazla faktör içerir (sıcaklık alanı, akış alanı, kuvvet alanı, optoelektronik fizik). Bunlar basitçe iki kategoride özetlenebilir: yüzey gerilimi ile metal buharının geri tepme basıncı arasındaki ilişki; Metal buharının geri tepme basıncı, anahtar deliklerinin derinliği ve hacmiyle yakından ilişkili olan anahtar deliklerinin oluşumuna doğrudan etki eder. Aynı zamanda kaynak işleminde metal buharının yukarıya doğru hareket eden tek maddesi olması nedeniyle sıçrama oluşumuyla da yakından ilişkilidir; Yüzey gerilimi erimiş havuzun akışını etkiler;
Bu nedenle istikrarlı lazer kaynak işlemi, erimiş havuzdaki yüzey geriliminin dağılım eğiminin çok fazla dalgalanma olmadan korunmasına bağlıdır. Yüzey gerilimi sıcaklık dağılımıyla, sıcaklık dağılımı ise ısı kaynağıyla ilgilidir. Bu nedenle kompozit ısı kaynağı ve salınım kaynağı, istikrarlı kaynak işlemi için potansiyel teknik yönlerdir;
Metal buharı ve anahtar deliği hacmi, plazma etkisine ve anahtar deliği açıklığının boyutuna dikkat etmek gerekir. Açıklık ne kadar büyük olursa, anahtar deliği de o kadar büyük olur ve eriyik havuzunun alt noktasındaki ihmal edilebilir dalgalanmalar, genel anahtar deliği hacmi ve iç basınç değişiklikleri üzerinde nispeten küçük bir etkiye sahiptir; Yani ayarlanabilir halka modlu lazer (dairesel nokta), lazer arkı rekombinasyonu, frekans modülasyonu vb. tüm yönler genişletilebilir.
Gönderim zamanı: Aralık-01-2023
