Ang pagbuo at pag-unlad ng mga keyhole:
Depinisyon ng keyhole: Kapag ang radiation irradiance ay mas malaki sa 10 ^ 6W/cm ^ 2, ang ibabaw ng materyal ay natutunaw at sumingaw sa ilalim ng pagkilos ng laser. Kapag ang bilis ng pagsingaw ay sapat na malaki, ang nabuong vapor recoil pressure ay sapat upang madaig ang tensyon sa ibabaw at likidong gravity ng likidong metal, sa gayon ay inilipat ang ilan sa likidong metal, na nagiging sanhi ng paglubog ng tinunaw na pool sa excitation zone at bumubuo ng maliliit na hukay. ; Ang sinag ng liwanag ay direktang kumikilos sa ilalim ng maliit na hukay, na nagiging sanhi ng pagtunaw at pag-gasify ng metal. Ang mataas na presyon ng singaw ay patuloy na pinipilit ang likidong metal sa ilalim ng hukay na dumaloy patungo sa paligid ng tinunaw na pool, na lalong nagpapalalim sa maliit na butas. Ang prosesong ito ay nagpapatuloy, sa huli ay bumubuo ng isang keyhole na parang butas sa likidong metal. Kapag ang presyon ng singaw ng metal na nabuo ng laser beam sa maliit na butas ay umabot sa equilibrium na may tensyon sa ibabaw at gravity ng likidong metal, ang maliit na butas ay hindi na lumalalim at bumubuo ng isang malalim na matatag na maliit na butas, na tinatawag na "maliit na butas na epekto" .
Habang gumagalaw ang laser beam kaugnay ng workpiece, ang maliit na butas ay nagpapakita ng bahagyang paatras na hubog na harapan at isang malinaw na hilig na nakabaligtad na tatsulok sa likod. Ang harap na gilid ng maliit na butas ay ang lugar ng pagkilos ng laser, na may mataas na temperatura at mataas na presyon ng singaw, habang ang temperatura sa kahabaan ng likod na gilid ay medyo mababa at ang presyon ng singaw ay maliit. Sa ilalim ng pagkakaibang ito ng presyon at temperatura, ang tunaw na likido ay dumadaloy sa paligid ng maliit na butas mula sa harap na dulo hanggang sa likod na dulo, na bumubuo ng isang puyo ng tubig sa likod na dulo ng maliit na butas, at sa wakas ay nagpapatigas sa likod na gilid. Ang dynamic na estado ng keyhole na nakuha sa pamamagitan ng laser simulation at aktwal na hinang ay ipinapakita sa figure sa itaas, Ang morpolohiya ng maliliit na butas at ang daloy ng nakapaligid na tinunaw na likido sa panahon ng paglalakbay sa iba't ibang bilis.
Dahil sa pagkakaroon ng maliliit na butas, ang enerhiya ng laser beam ay tumagos sa loob ng materyal, na bumubuo ng malalim at makitid na weld seam na ito. Ang tipikal na cross-sectional morphology ng laser deep penetration weld seam ay ipinapakita sa figure sa itaas. Ang lalim ng pagtagos ng weld seam ay malapit sa lalim ng keyhole (upang maging tumpak, ang metallographic layer ay 60-100um na mas malalim kaysa sa keyhole, isang mas kaunting likidong layer). Kung mas mataas ang density ng enerhiya ng laser, mas malalim ang maliit na butas, at mas malaki ang lalim ng pagtagos ng weld seam. Sa high-power laser welding, ang maximum depth to width ratio ng weld seam ay maaaring umabot sa 12:1.
Pagsusuri ng pagsipsip ngenerhiya ng lasersa pamamagitan ng keyhole
Bago ang pagbuo ng mga maliliit na butas at plasma, ang enerhiya ng laser ay pangunahing ipinadala sa loob ng workpiece sa pamamagitan ng thermal conduction. Ang proseso ng welding ay nabibilang sa conductive welding (na may lalim ng pagtagos na mas mababa sa 0.5mm), at ang rate ng pagsipsip ng materyal ng laser ay nasa pagitan ng 25-45%. Sa sandaling nabuo ang keyhole, ang enerhiya ng laser ay higit na hinihigop ng interior ng workpiece sa pamamagitan ng keyhole effect, at ang proseso ng welding ay nagiging deep penetration welding (na may lalim ng penetration na higit sa 0.5mm), Ang rate ng pagsipsip ay maaaring umabot. higit sa 60-90%.
Ang epekto ng keyhole ay gumaganap ng isang napakahalagang papel sa pagpapahusay ng pagsipsip ng laser sa panahon ng pagproseso tulad ng laser welding, pagputol, at pagbabarena. Ang laser beam na pumapasok sa keyhole ay halos ganap na hinihigop sa pamamagitan ng maraming pagmuni-muni mula sa dingding ng butas.
Karaniwang pinaniniwalaan na ang mekanismo ng pagsipsip ng enerhiya ng laser sa loob ng keyhole ay may kasamang dalawang proseso: reverse absorption at Fresnel absorption.
Balanse ng presyon sa loob ng keyhole
Sa panahon ng laser deep penetration welding, ang materyal ay sumasailalim sa matinding vaporization, at ang expansion pressure na nabuo ng mataas na temperatura na singaw ay nagpapalabas ng likidong metal, na bumubuo ng maliliit na butas. Bilang karagdagan sa vapor pressure at ablation pressure (kilala rin bilang evaporation reaction force o recoil pressure) ng materyal, mayroon ding surface tension, liquid static pressure na dulot ng gravity, at fluid dynamic pressure na nabuo ng daloy ng molten material sa loob ng maliit na butas. Kabilang sa mga pressure na ito, tanging steam pressure ang nagpapanatili sa pagbubukas ng maliit na butas, habang ang iba pang tatlong pwersa ay nagsisikap na isara ang maliit na butas. Upang mapanatili ang katatagan ng keyhole sa panahon ng proseso ng hinang, ang presyon ng singaw ay dapat sapat upang mapagtagumpayan ang iba pang pagtutol at makamit ang balanse, na mapanatili ang pangmatagalang katatagan ng keyhole. Para sa pagiging simple, sa pangkalahatan ay pinaniniwalaan na ang mga puwersang kumikilos sa keyhole wall ay pangunahin sa ablation pressure (metal vapor recoil pressure) at surface tension.
Kawalang-tatag ng Keyhole
Background: Ang laser ay kumikilos sa ibabaw ng mga materyales, na nagiging sanhi ng malaking halaga ng metal na sumingaw. Ang recoil pressure ay pumipindot pababa sa molten pool, na bumubuo ng mga keyholes at plasma, na nagreresulta sa pagtaas ng lalim ng pagkatunaw. Sa panahon ng proseso ng paglipat, ang laser ay tumama sa harap na dingding ng keyhole, at ang posisyon kung saan ang laser ay nakikipag-ugnayan sa materyal ay magdudulot ng matinding pagsingaw ng materyal. Kasabay nito, ang pader ng keyhole ay makakaranas ng mass loss, at ang evaporation ay bubuo ng isang recoil pressure na pidiin pababa sa likidong metal, na nagiging sanhi ng panloob na pader ng keyhole na mag-iba-iba pababa at lumibot sa ilalim ng keyhole patungo sa likod ng molten pool. Dahil sa pagbabagu-bago ng likidong tinunaw na pool mula sa harap na dingding hanggang sa likod na dingding, ang dami sa loob ng keyhole ay patuloy na nagbabago, Ang panloob na presyon ng keyhole ay nagbabago rin nang naaayon, na humahantong sa isang pagbabago sa dami ng plasma na na-spray out . Ang pagbabago sa dami ng plasma ay humahantong sa mga pagbabago sa shielding, repraksyon, at pagsipsip ng laser energy, na nagreresulta sa mga pagbabago sa enerhiya ng laser na umaabot sa materyal na ibabaw. Ang buong proseso ay dynamic at pana-panahon, sa huli ay nagreresulta sa isang sawtooth na hugis at kulot na pagtagos ng metal, at walang makinis na pantay na penetration weld, Ang figure sa itaas ay isang cross-sectional view ng gitna ng weld na nakuha sa pamamagitan ng longitudinal cutting parallel sa gitna ng weld, pati na rin ang real-time na pagsukat ng pagkakaiba-iba ng lalim ng keyhole sa pamamagitan ngIPG-LDD bilang ebidensya.
Pagbutihin ang direksyon ng katatagan ng keyhole
Sa panahon ng laser deep penetration welding, ang katatagan ng maliit na butas ay masisiguro lamang ng dynamic na balanse ng iba't ibang pressure sa loob ng butas. Gayunpaman, ang pagsipsip ng enerhiya ng laser ng pader ng butas at ang pagsingaw ng mga materyales, ang pagbuga ng singaw ng metal sa labas ng maliit na butas, at ang pasulong na paggalaw ng maliit na butas at tinunaw na pool ay napakatindi at mabilis na proseso. Sa ilalim ng ilang mga kondisyon ng proseso, sa ilang mga sandali sa panahon ng proseso ng hinang, may posibilidad na ang katatagan ng maliit na butas ay maaaring maputol sa mga lokal na lugar, na humahantong sa mga depekto sa hinang. Ang pinakakaraniwan at karaniwan ay ang maliliit na pore type na mga depekto sa porosity at spatter na dulot ng pagbagsak ng keyhole;
Kaya paano patatagin ang keyhole?
Ang pagbabagu-bago ng keyhole fluid ay medyo kumplikado at nagsasangkot ng napakaraming salik (temperatura field, flow field, force field, optoelectronic physics), na maaaring i-summarize lang sa dalawang kategorya: ang relasyon sa pagitan ng surface tension at metal vapor recoil pressure; Ang recoil pressure ng metal vapor ay direktang kumikilos sa pagbuo ng mga keyholes, na malapit na nauugnay sa lalim at dami ng mga keyholes. Kasabay nito, bilang ang tanging paitaas na gumagalaw na sangkap ng singaw ng metal sa proseso ng hinang, malapit din itong nauugnay sa paglitaw ng spatter; Ang pag-igting sa ibabaw ay nakakaapekto sa daloy ng tinunaw na pool;
Kaya ang matatag na proseso ng laser welding ay nakasalalay sa pagpapanatili ng gradient ng pamamahagi ng pag-igting sa ibabaw sa tinunaw na pool, nang walang labis na pagbabagu-bago. Ang pag-igting sa ibabaw ay nauugnay sa pamamahagi ng temperatura, at ang pamamahagi ng temperatura ay nauugnay sa pinagmulan ng init. Samakatuwid, ang pinagmumulan ng init at swing welding ay mga potensyal na teknikal na direksyon para sa matatag na proseso ng hinang;
Ang singaw ng metal at dami ng keyhole ay kailangang bigyang-pansin ang epekto ng plasma at ang laki ng pagbubukas ng keyhole. Kung mas malaki ang pagbubukas, mas malaki ang keyhole, at ang hindi gaanong pagbabago sa ilalim na punto ng melt pool, na may medyo maliit na epekto sa kabuuang dami ng keyhole at mga pagbabago sa panloob na presyon; Kaya ang adjustable ring mode laser (annular spot), laser arc recombination, frequency modulation, atbp. ay lahat ng direksyon na maaaring palawakin.
Oras ng post: Dis-01-2023
