Pembentukan dan pembangunan lubang kunci:
Takrifan lubang kunci: Apabila sinaran sinaran lebih besar daripada 10 ^ 6W/cm ^ 2, permukaan bahan cair dan tersejat di bawah tindakan laser. Apabila kelajuan penyejatan cukup besar, tekanan gegelung wap yang dihasilkan adalah mencukupi untuk mengatasi ketegangan permukaan dan graviti cecair logam cecair, dengan itu menyesarkan sebahagian daripada logam cecair, menyebabkan kolam lebur di zon pengujaan tenggelam dan membentuk lubang kecil ; Pancaran cahaya secara langsung bertindak di bahagian bawah lubang kecil, menyebabkan logam terus mencair dan mengegas. Stim tekanan tinggi terus memaksa logam cecair di bahagian bawah lubang untuk mengalir ke arah pinggir kolam cair, seterusnya mendalamkan lubang kecil. Proses ini berterusan, akhirnya membentuk lubang kunci seperti lubang pada logam cecair. Apabila tekanan wap logam yang dihasilkan oleh pancaran laser dalam lubang kecil mencapai keseimbangan dengan tegangan permukaan dan graviti logam cecair, lubang kecil itu tidak lagi mendalam dan membentuk lubang kecil yang stabil kedalaman, yang dipanggil "kesan lubang kecil" .
Apabila pancaran laser bergerak secara relatif kepada bahan kerja, lubang kecil menunjukkan bahagian hadapan melengkung sedikit ke belakang dan segi tiga terbalik yang condong dengan jelas di bahagian belakang. Pinggir depan lubang kecil adalah kawasan tindakan laser, dengan suhu tinggi dan tekanan wap tinggi, manakala suhu di sepanjang pinggir belakang agak rendah dan tekanan wap adalah kecil. Di bawah perbezaan tekanan dan suhu ini, cecair cair mengalir di sekeliling lubang kecil dari hujung depan ke hujung belakang, membentuk pusaran di hujung belakang lubang kecil, dan akhirnya menjadi pepejal di pinggir belakang. Keadaan dinamik lubang kunci yang diperolehi melalui simulasi laser dan kimpalan sebenar ditunjukkan dalam rajah di atas, Morfologi lubang kecil dan aliran cecair lebur di sekeliling semasa perjalanan pada kelajuan yang berbeza.
Oleh kerana kehadiran lubang kecil, tenaga pancaran laser menembusi ke bahagian dalam bahan, membentuk jahitan kimpalan yang dalam dan sempit ini. Morfologi keratan rentas tipikal jahitan kimpalan penembusan dalam laser ditunjukkan dalam rajah di atas. Kedalaman penembusan jahitan kimpalan adalah hampir dengan kedalaman lubang kunci (setepatnya, lapisan metalografi adalah 60-100um lebih dalam daripada lubang kunci, kurang satu lapisan cecair). Semakin tinggi ketumpatan tenaga laser, semakin dalam lubang kecil, dan semakin besar kedalaman penembusan jahitan kimpalan. Dalam kimpalan laser berkuasa tinggi, nisbah kedalaman hingga lebar maksimum jahitan kimpalan boleh mencapai 12:1.
Analisis penyerapantenaga lasermelalui lubang kunci
Sebelum pembentukan lubang kecil dan plasma, tenaga laser terutamanya dihantar ke bahagian dalam bahan kerja melalui pengaliran haba. Proses kimpalan tergolong dalam kimpalan konduktif (dengan kedalaman penembusan kurang daripada 0.5mm), dan kadar penyerapan bahan laser adalah antara 25-45%. Sebaik sahaja lubang kunci terbentuk, tenaga laser terutamanya diserap oleh bahagian dalam bahan kerja melalui kesan lubang kunci, dan proses kimpalan menjadi kimpalan penembusan dalam (dengan kedalaman penembusan lebih daripada 0.5mm), Kadar penyerapan boleh mencapai melebihi 60-90%.
Kesan lubang kunci memainkan peranan yang sangat penting dalam meningkatkan penyerapan laser semasa pemprosesan seperti kimpalan laser, pemotongan dan penggerudian. Pancaran laser yang memasuki lubang kunci hampir diserap sepenuhnya melalui pelbagai pantulan dari dinding lubang.
Secara amnya dipercayai bahawa mekanisme penyerapan tenaga laser di dalam lubang kunci merangkumi dua proses: penyerapan terbalik dan penyerapan Fresnel.
Imbangan tekanan di dalam lubang kunci
Semasa kimpalan penembusan dalam laser, bahan mengalami pengewapan yang teruk, dan tekanan pengembangan yang dihasilkan oleh wap suhu tinggi mengeluarkan logam cecair, membentuk lubang kecil. Sebagai tambahan kepada tekanan wap dan tekanan ablasi (juga dikenali sebagai daya tindak balas penyejatan atau tekanan mundur) bahan, terdapat juga tegangan permukaan, tekanan statik cecair yang disebabkan oleh graviti, dan tekanan dinamik bendalir yang dihasilkan oleh aliran bahan lebur di dalam lubang kecil. Di antara tekanan ini, hanya tekanan wap mengekalkan pembukaan lubang kecil, manakala tiga daya yang lain berusaha untuk menutup lubang kecil. Untuk mengekalkan kestabilan lubang kunci semasa proses kimpalan, tekanan wap mestilah mencukupi untuk mengatasi rintangan lain dan mencapai keseimbangan, mengekalkan kestabilan jangka panjang lubang kunci. Untuk kesederhanaan, secara amnya dipercayai bahawa daya yang bertindak pada dinding lubang kunci adalah terutamanya tekanan ablasi (tekanan gegelung wap logam) dan tegangan permukaan.
Ketidakstabilan Lubang Kunci
Latar Belakang: Laser bertindak pada permukaan bahan, menyebabkan sejumlah besar logam tersejat. Tekanan gegelung menekan ke bawah pada kolam lebur, membentuk lubang kunci dan plasma, mengakibatkan peningkatan dalam kedalaman lebur. Semasa proses bergerak, laser terkena dinding depan lubang kunci, dan kedudukan di mana laser menyentuh bahan akan menyebabkan penyejatan bahan yang teruk. Pada masa yang sama, dinding lubang kunci akan mengalami kehilangan jisim, dan penyejatan akan membentuk tekanan mundur yang akan menekan ke bawah pada logam cecair, menyebabkan dinding dalam lubang kunci turun naik ke bawah dan bergerak di sekitar bahagian bawah lubang kunci ke arah belakang kolam lebur. Disebabkan oleh turun naik kolam cair cair dari dinding depan ke dinding belakang, isipadu di dalam lubang kunci sentiasa berubah, Tekanan dalaman lubang kunci juga berubah dengan sewajarnya, yang membawa kepada perubahan dalam jumlah plasma yang disembur keluar . Perubahan dalam isipadu plasma membawa kepada perubahan dalam perisai, pembiasan, dan penyerapan tenaga laser, mengakibatkan perubahan dalam tenaga laser mencapai permukaan bahan. Keseluruhan proses adalah dinamik dan berkala, akhirnya menghasilkan penembusan logam berbentuk gigi gergaji dan bergelombang, dan tidak ada kimpalan penembusan yang sama licin, Rajah di atas adalah pandangan keratan rentas pusat kimpalan yang diperoleh dengan pemotongan membujur selari dengan pusat kimpalan, serta pengukuran masa nyata variasi kedalaman lubang kunci olehIPG-LDD sebagai bukti.
Tingkatkan arah kestabilan lubang kunci
Semasa kimpalan penembusan dalam laser, kestabilan lubang kecil hanya boleh dipastikan oleh keseimbangan dinamik pelbagai tekanan di dalam lubang. Walau bagaimanapun, penyerapan tenaga laser oleh dinding lubang dan penyejatan bahan, pelepasan wap logam di luar lubang kecil, dan pergerakan ke hadapan lubang kecil dan kolam lebur semuanya adalah proses yang sangat sengit dan pantas. Di bawah keadaan proses tertentu, pada saat-saat tertentu semasa proses kimpalan, terdapat kemungkinan bahawa kestabilan lubang kecil mungkin terganggu di kawasan tempatan, yang membawa kepada kecacatan kimpalan. Yang paling tipikal dan biasa ialah kecacatan keliangan jenis liang kecil dan percikan yang disebabkan oleh keruntuhan lubang kunci;
Jadi bagaimana untuk menstabilkan lubang kunci?
Turun naik bendalir lubang kunci adalah agak kompleks dan melibatkan terlalu banyak faktor (medan suhu, medan aliran, medan daya, fizik optoelektronik), yang boleh diringkaskan secara ringkas kepada dua kategori: hubungan antara tegangan permukaan dan tekanan mundur wap logam; Tekanan mundur wap logam secara langsung bertindak pada penjanaan lubang kunci, yang berkait rapat dengan kedalaman dan isipadu lubang kunci. Pada masa yang sama, sebagai satu-satunya bahan wap logam yang bergerak ke atas dalam proses kimpalan, ia juga berkait rapat dengan kejadian percikan; Ketegangan permukaan menjejaskan aliran kolam lebur;
Proses kimpalan laser yang begitu stabil bergantung pada mengekalkan kecerunan pengedaran tegangan permukaan dalam kolam lebur, tanpa terlalu banyak turun naik. Ketegangan permukaan berkaitan dengan taburan suhu, dan taburan suhu berkaitan dengan sumber haba. Oleh itu, sumber haba komposit dan kimpalan ayunan adalah arah teknikal yang berpotensi untuk proses kimpalan yang stabil;
Wap logam dan isipadu lubang kunci perlu memberi perhatian kepada kesan plasma dan saiz bukaan lubang kunci. Semakin besar bukaan, semakin besar lubang kunci, dan turun naik yang boleh diabaikan di titik bawah kolam cair, yang mempunyai kesan yang agak kecil pada keseluruhan isipadu lubang kunci dan perubahan tekanan dalaman; Jadi laser mod cincin boleh laras (tempat anulus), penggabungan semula arka laser, modulasi frekuensi, dll. adalah semua arah yang boleh dikembangkan.
Masa siaran: Dis-01-2023
