Pembentukan dan perkembangan lubang kunci:
Takrifan lubang kunci: Apabila sinaran sinaran lebih besar daripada 10 ^ 6W/cm ^ 2, permukaan bahan akan cair dan tersejat di bawah tindakan laser. Apabila kelajuan penyejatan cukup besar, tekanan sentakan wap yang dihasilkan mencukupi untuk mengatasi tegangan permukaan dan graviti cecair logam cecair, sekali gus menggantikan sebahagian daripada logam cecair, menyebabkan kolam lebur di zon pengujaan tenggelam dan membentuk lubang kecil; Pancaran cahaya bertindak secara langsung di bahagian bawah lubang kecil, menyebabkan logam akan cair dan bergas lagi. Wap tekanan tinggi terus memaksa logam cecair di bahagian bawah lubang mengalir ke arah pinggir kolam lebur, seterusnya memperdalam lubang kecil. Proses ini berterusan, akhirnya membentuk lubang seperti lubang kunci dalam 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 tidak lagi menjadi lebih dalam dan membentuk lubang kecil yang stabil dalam kedalaman, yang dipanggil "kesan lubang kecil".
Apabila pancaran laser bergerak relatif terhadap bahan kerja, lubang kecil menunjukkan bahagian hadapan yang sedikit melengkung ke belakang dan segitiga terbalik yang jelas condong di bahagian belakang. Tepi hadapan lubang kecil ialah kawasan tindakan laser, dengan suhu tinggi dan tekanan wap yang tinggi, manakala suhu di sepanjang tepi belakang agak rendah dan tekanan wap adalah kecil. Di bawah perbezaan tekanan dan suhu ini, cecair lebur mengalir di sekitar lubang kecil dari hujung hadapan ke hujung belakang, membentuk pusaran di hujung belakang lubang kecil, dan akhirnya memejal di tepi belakang. Keadaan dinamik lubang kunci yang diperoleh 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.
Disebabkan oleh kehadiran lubang-lubang kecil, tenaga pancaran laser menembusi 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 (untuk lebih tepatnya, lapisan metalografi adalah 60-100um lebih dalam daripada lubang kunci, satu lapisan cecair kurang). Semakin tinggi ketumpatan tenaga laser, semakin dalam lubang kecil, dan semakin besar kedalaman penembusan jahitan kimpalan. Dalam kimpalan laser berkuasa tinggi, nisbah kedalaman kepada 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 lebih 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.
Keseimbangan tekanan di dalam lubang kunci
Semasa kimpalan penembusan mendalam laser, bahan tersebut mengalami pengewapan yang teruk, dan tekanan pengembangan yang dihasilkan oleh stim suhu tinggi mengeluarkan logam cecair, membentuk lubang kecil. Selain tekanan wap dan tekanan ablasi (juga dikenali sebagai daya tindak balas penyejatan atau tekanan sentakan) bahan, terdapat juga tegangan permukaan, tekanan statik cecair yang disebabkan oleh graviti, dan tekanan dinamik bendalir yang dihasilkan oleh aliran bahan cair di dalam lubang kecil. Antara tekanan ini, hanya tekanan stim yang mengekalkan pembukaan lubang kecil, manakala tiga daya lain berusaha untuk menutup lubang kecil. Untuk mengekalkan kestabilan lubang kunci semasa proses kimpalan, tekanan wap mesti mencukupi untuk mengatasi rintangan lain dan mencapai keseimbangan, mengekalkan kestabilan jangka panjang lubang kunci. Untuk memudahkan, secara amnya dipercayai bahawa daya yang bertindak pada dinding lubang kunci terutamanya tekanan ablasi (tekanan sentakan wap logam) dan tegangan permukaan.
Ketidakstabilan Lubang Kunci
Latar Belakang: Laser bertindak pada permukaan bahan, menyebabkan sejumlah besar logam tersejat. Tekanan sentakan menekan ke bawah pada kolam lebur, membentuk lubang kunci dan plasma, mengakibatkan peningkatan kedalaman lebur. Semasa proses pergerakan, laser mengenai dinding hadapan lubang kunci, dan kedudukan di mana laser bersentuhan dengan bahan akan menyebabkan penyejatan bahan yang teruk. Pada masa yang sama, dinding lubang kunci akan mengalami kehilangan jisim, dan penyejatan akan membentuk tekanan sentakan yang akan menekan 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 lebur cecair dari dinding hadapan ke dinding belakang, isipadu di dalam lubang kunci sentiasa berubah. Tekanan dalaman lubang kunci juga berubah sewajarnya, yang membawa kepada perubahan dalam isipadu plasma yang disembur keluar. Perubahan dalam isipadu plasma membawa kepada perubahan dalam perisai, pembiasan, dan penyerapan tenaga laser, mengakibatkan perubahan dalam tenaga laser yang sampai ke permukaan bahan. Keseluruhan proses ini dinamik dan berkala, akhirnya menghasilkan penembusan logam berbentuk gigi gergaji dan beralun, dan tiada kimpalan penembusan yang sama rata dan licin. Rajah di atas ialah pandangan keratan rentas pusat kimpalan yang diperoleh melalui pemotongan membujur selari dengan pusat kimpalan, serta pengukuran masa nyata variasi kedalaman lubang kunci olehIPG-LDD sebagai bukti.
Meningkatkan kestabilan arah lubang kunci
Semasa kimpalan penembusan laser yang mendalam, kestabilan lubang kecil hanya dapat dipastikan oleh keseimbangan dinamik pelbagai tekanan di dalam lubang. Walau bagaimanapun, penyerapan tenaga laser oleh dinding lubang dan penyejatan bahan, lontaran wap logam ke luar lubang kecil, dan pergerakan ke hadapan lubang kecil dan kolam lebur adalah semua proses yang sangat sengit dan pantas. Di bawah keadaan proses tertentu, pada saat-saat tertentu semasa proses kimpalan, terdapat kemungkinan kestabilan lubang kecil mungkin terganggu di kawasan setempat, 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 agak kompleks dan melibatkan terlalu banyak faktor (medan suhu, medan aliran, medan daya, fizik optoelektronik), yang boleh diringkaskan kepada dua kategori: hubungan antara tegangan permukaan dan tekanan sentakan wap logam; Tekanan sentakan wap logam bertindak secara langsung 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; Tegangan permukaan mempengaruhi aliran kolam lebur;
Jadi proses kimpalan laser yang stabil bergantung pada pengekalan kecerunan taburan tegangan permukaan dalam kolam lebur, tanpa terlalu banyak turun naik. Tegangan 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 leburan, yang mempunyai kesan yang agak kecil terhadap keseluruhan isipadu lubang kunci dan perubahan tekanan dalaman; Jadi laser mod cincin boleh laras (titik anulus), penggabungan semula arka laser, modulasi frekuensi, dan sebagainya adalah semua arah yang boleh dikembangkan.
Masa siaran: 01 Dis-2023
