Formimi dhe zhvillimi i vrimave të çelësave:
Përkufizimi i vrimës së çelësit: Kur rrezatimi i rrezatimit është më i madh se 10 ^ 6W/cm ^ 2, sipërfaqja e materialit shkrihet dhe avullohet nën veprimin e lazerit. Kur shpejtësia e avullimit është mjaft e madhe, presioni i tërheqjes së avullit të gjeneruar është i mjaftueshëm për të kapërcyer tensionin sipërfaqësor dhe gravitetin e lëngshëm të metalit të lëngshëm, duke zhvendosur kështu një pjesë të metalit të lëngshëm, duke bërë që pellgu i shkrirë në zonën e ngacmimit të fundoset dhe të formojë gropa të vogla; Rrezja e dritës vepron drejtpërdrejt në fund të gropës së vogël, duke bërë që metali të shkrihet dhe të gazifikohet më tej. Avulli me presion të lartë vazhdon ta detyrojë metalin e lëngshëm në fund të gropës të rrjedhë drejt periferisë së pellgut të shkrirë, duke e thelluar më tej vrimën e vogël. Ky proces vazhdon, duke formuar në fund një vrimë si vrimë çelësi në metalin e lëngshëm. Kur presioni i avullit të metalit të gjeneruar nga rrezja e lazerit në vrimën e vogël arrin ekuilibrin me tensionin sipërfaqësor dhe gravitetin e metalit të lëngshëm, vrima e vogël nuk thellohet më dhe formon një vrimë të vogël me thellësi të qëndrueshme, e cila quhet "efekti i vrimës së vogël".
Ndërsa rrezja e lazerit lëviz në lidhje me copën e punës, vrima e vogël tregon një pjesë të përparme pak të lakuar prapa dhe një trekëndësh të përmbysur qartësisht të pjerrët në pjesën e prapme. Skaji i përparmë i vrimës së vogël është zona e veprimit të lazerit, me temperaturë të lartë dhe presion të lartë të avullit, ndërsa temperatura përgjatë skajit të pasmë është relativisht e ulët dhe presioni i avullit është i vogël. Nën këtë ndryshim presioni dhe temperature, lëngu i shkrirë rrjedh rreth vrimës së vogël nga fundi i përparmë në fundin e pasmë, duke formuar një vorbull në fundin e pasmë të vrimës së vogël, dhe më në fund ngurtësohet në skajin e pasmë. Gjendja dinamike e vrimës së çelësit e marrë përmes simulimit me lazer dhe saldimit aktual tregohet në figurën e mësipërme, Morfologjia e vrimave të vogla dhe rrjedha e lëngut të shkrirë përreth gjatë lëvizjes me shpejtësi të ndryshme.
Për shkak të pranisë së vrimave të vogla, energjia e rrezes së lazerit depërton në brendësi të materialit, duke formuar këtë shtresë të thellë dhe të ngushtë saldimi. Morfologjia tipike e prerjes tërthore të shtresës së saldimit me depërtim të thellë me lazer tregohet në figurën e mësipërme. Thellësia e depërtimit të shtresës së saldimit është afër thellësisë së vrimës së çelësit (për të qenë të saktë, shtresa metalografike është 60-100um më e thellë se vrima e çelësit, një shtresë e lëngshme më pak). Sa më e lartë të jetë dendësia e energjisë së lazerit, aq më e thellë është vrima e vogël dhe aq më e madhe është thellësia e depërtimit të shtresës së saldimit. Në saldimin me lazer me fuqi të lartë, raporti maksimal i thellësisë ndaj gjerësisë së shtresës së saldimit mund të arrijë 12:1.
Analiza e përthithjes sëenergji lazeringa vrima e çelësit
Përpara formimit të vrimave të vogla dhe plazmës, energjia e lazerit transmetohet kryesisht në brendësi të copës së punës nëpërmjet përçueshmërisë termike. Procesi i saldimit i përket saldimit përçues (me një thellësi depërtimi më të vogël se 0.5 mm), dhe shkalla e thithjes së lazerit nga materiali është midis 25-45%. Pasi formohet vrima e çelësit, energjia e lazerit thithet kryesisht nga brendësia e copës së punës nëpërmjet efektit të vrimës së çelësit, dhe procesi i saldimit shndërrohet në saldim me depërtim të thellë (me një thellësi depërtimi më shumë se 0.5 mm). Shkalla e thithjes mund të arrijë mbi 60-90%.
Efekti i vrimës së çelësit luan një rol jashtëzakonisht të rëndësishëm në rritjen e thithjes së lazerit gjatë përpunimit, siç është saldimi me lazer, prerja dhe shpimi. Rrezja e lazerit që hyn në vrimën e çelësit thithet pothuajse plotësisht përmes reflektimeve të shumëfishta nga muri i vrimës.
Përgjithësisht besohet se mekanizmi i thithjes së energjisë së lazerit brenda vrimës së çelësit përfshin dy procese: thithjen e kundërt dhe thithjen e Fresnel.
Bilanci i presionit brenda vrimës së çelësit
Gjatë saldimit me depërtim të thellë me lazer, materiali i nënshtrohet avullimit të rëndë dhe presioni i zgjerimit i gjeneruar nga avulli në temperaturë të lartë nxjerr metalin e lëngshëm, duke formuar vrima të vogla. Përveç presionit të avullit dhe presionit të ablacionit (i njohur edhe si forcë reagimi avullimi ose presion tërheqjeje) të materialit, ekzistojnë gjithashtu tensioni sipërfaqësor, presioni statik i lëngut i shkaktuar nga graviteti dhe presioni dinamik i lëngut i gjeneruar nga rrjedha e materialit të shkrirë brenda vrimës së vogël. Midis këtyre presioneve, vetëm presioni i avullit mban hapjen e vrimës së vogël, ndërsa tre forcat e tjera përpiqen ta mbyllin vrimën e vogël. Për të ruajtur stabilitetin e vrimës së çelësit gjatë procesit të saldimit, presioni i avullit duhet të jetë i mjaftueshëm për të kapërcyer rezistencën tjetër dhe për të arritur ekuilibrin, duke ruajtur stabilitetin afatgjatë të vrimës së çelësit. Për thjeshtësi, përgjithësisht besohet se forcat që veprojnë në murin e vrimës së çelësit janë kryesisht presioni i ablacionit (presioni i tërheqjes së avullit të metalit) dhe tensioni sipërfaqësor.
Paqëndrueshmëria e vrimës së çelësit
Sfondi: Lazeri vepron në sipërfaqen e materialeve, duke shkaktuar avullimin e një sasie të madhe metali. Presioni i tërheqjes shtyp mbi pellgun e shkrirë, duke formuar vrima çelësi dhe plazmë, duke rezultuar në një rritje të thellësisë së shkrirjes. Gjatë procesit të lëvizjes, lazeri godet murin e përparmë të vrimës së çelësit, dhe pozicioni ku lazeri bie në kontakt me materialin do të shkaktojë avullim të rëndë të materialit. Në të njëjtën kohë, muri i vrimës së çelësit do të përjetojë humbje mase, dhe avullimi do të formojë një presion tërheqjeje që do të shtypë mbi metalin e lëngshëm, duke bërë që muri i brendshëm i vrimës së çelësit të luhatet poshtë dhe të lëvizë rreth fundit të vrimës së çelësit drejt pjesës së pasme të pellgut të shkrirë. Për shkak të luhatjes së pellgut të shkrirë të lëngshëm nga muri i përparmë në murin e pasmë, vëllimi brenda vrimës së çelësit ndryshon vazhdimisht. Presioni i brendshëm i vrimës së çelësit gjithashtu ndryshon në përputhje me rrethanat, gjë që çon në një ndryshim në vëllimin e plazmës së spërkatur. Ndryshimi në vëllimin e plazmës çon në ndryshime në mbrojtje, thyerje dhe thithjen e energjisë së lazerit, duke rezultuar në ndryshime në energjinë e lazerit që arrin sipërfaqen e materialit. I gjithë procesi është dinamik dhe periodik, duke rezultuar në fund në një depërtim metalik në formë dhëmbësh sharre dhe të valëzuar, dhe nuk ka saldim me depërtim të barabartë të lëmuar. Figura e mësipërme është një pamje tërthore e qendrës së saldimit e marrë nga prerja gjatësore paralele me qendrën e saldimit, si dhe një matje në kohë reale e ndryshimit të thellësisë së vrimës së çelësit ngaIPG-LDD si provë.
Përmirësoni drejtimin e stabilitetit të vrimës së çelësit
Gjatë saldimit me depërtim të thellë me lazer, stabiliteti i vrimës së vogël mund të sigurohet vetëm nga ekuilibri dinamik i presioneve të ndryshme brenda vrimës. Megjithatë, thithja e energjisë së lazerit nga muri i vrimës dhe avullimi i materialeve, nxjerrja e avujve të metalit jashtë vrimës së vogël dhe lëvizja përpara e vrimës së vogël dhe pellgut të shkrirë janë të gjitha procese shumë intensive dhe të shpejta. Nën kushte të caktuara të procesit, në momente të caktuara gjatë procesit të saldimit, ekziston mundësia që stabiliteti i vrimës së vogël të prishet në zona lokale, duke çuar në defekte të saldimit. Më tipiket dhe të zakonshmet janë defektet e porozitetit të tipit të poreve të vogla dhe spërkatjet e shkaktuara nga shembja e vrimës së çelësit;
Pra, si ta stabilizojmë vrimën e çelësit?
Luhatja e lëngut të vrimës së çelësit është relativisht komplekse dhe përfshin shumë faktorë (fusha e temperaturës, fusha e rrjedhjes, fusha e forcës, fizika optoelektronike), të cilët mund të përmblidhen thjesht në dy kategori: marrëdhënia midis tensionit sipërfaqësor dhe presionit të tërheqjes së avujve të metalit; Presioni i tërheqjes së avujve të metalit vepron drejtpërdrejt në gjenerimin e vrimave të çelësit, i cili është i lidhur ngushtë me thellësinë dhe vëllimin e vrimave të çelësit. Në të njëjtën kohë, si e vetmja substancë që lëviz lart e avujve të metalit në procesin e saldimit, është gjithashtu i lidhur ngushtë me shfaqjen e spërkatjes; Tensioni sipërfaqësor ndikon në rrjedhën e pellgut të shkrirë;
Pra, procesi i qëndrueshëm i saldimit me lazer varet nga ruajtja e gradientit të shpërndarjes së tensionit sipërfaqësor në pellgun e shkrirë, pa shumë luhatje. Tensioni sipërfaqësor lidhet me shpërndarjen e temperaturës dhe shpërndarja e temperaturës lidhet me burimin e nxehtësisë. Prandaj, burimi i nxehtësisë kompozite dhe saldimi me lëkundje janë drejtime teknike të mundshme për procesin e qëndrueshëm të saldimit;
Avulli i metalit dhe vëllimi i vrimës së çelësit duhet t'i kushtojnë vëmendje efektit të plazmës dhe madhësisë së hapjes së vrimës së çelësit. Sa më e madhe të jetë hapja, aq më e madhe është vrima e çelësit dhe luhatjet e papërfillshme në pikën e poshtme të pishinës së shkrirjes, të cilat kanë një ndikim relativisht të vogël në vëllimin e përgjithshëm të vrimës së çelësit dhe ndryshimet e presionit të brendshëm; Pra, lazeri i modalitetit unazor të rregullueshëm (pika unazore), rekombinimi i harkut të lazerit, modulimi i frekuencës, etj., janë të gjitha drejtime që mund të zgjerohen.
Koha e postimit: 01 Dhjetor 2023
