Формирање и развој кључаоница:
Дефиниција кључаонице: Када је зрачење зрачења веће од 10 ^ 6В/цм ^ 2, површина материјала се топи и испарава под дејством ласера.Када је брзина испаравања довољно велика, генерисани повратни притисак паре је довољан да превазиђе површински напон и течну гравитацију течног метала, чиме се истискује део течног метала, узрокујући да се растопљени базен у зони побуде потопи и формира мале јаме ;Сноп светлости директно делује на дно мале јаме, узрокујући да се метал даље топи и гасификује.Пара високог притиска наставља да тера течни метал на дну јаме да тече ка периферији растопљеног базена, додатно продубљујући малу рупу.Овај процес се наставља, на крају формирајући рупу попут кључаонице у течном металу.Када притисак металне паре који генерише ласерски сноп у малој рупи достигне равнотежу са површинским напоном и гравитацијом течног метала, мала рупа се више не продубљује и формира дубину стабилну малу рупу, која се назива „ефекат мале рупе“ .
Како се ласерски зрак помера у односу на радни предмет, мала рупа показује благо закривљену предњу страну и јасно нагнут обрнути троугао позади.Предња ивица мале рупе је подручје деловања ласера, са високом температуром и високим притиском паре, док је температура дуж задње ивице релативно ниска, а притисак паре мали.Под овом разликом притиска и температуре, растопљена течност тече око мале рупе од предњег до задњег краја, формирајући вртлог на задњем крају мале рупе, и коначно се учвршћује на задњој ивици.Динамичко стање кључаонице добијено ласерском симулацијом и стварним заваривањем приказано је на горњој слици, Морфологија малих рупа и проток околне растопљене течности током путовања различитим брзинама.
Због присуства малих рупа, енергија ласерског зрака продире у унутрашњост материјала, формирајући овај дубоки и уски заварени шав.Типична морфологија попречног пресека ласерског шава дубоког продора приказана је на горњој слици.Дубина продирања завареног шава је приближна дубини кључаонице (тачније, металографски слој је 60-100ум дубљи од кључаонице, један слој мање течности).Што је већа густина енергије ласера, то је дубља мала рупа и већа је дубина продирања у заварени шав.Код ласерског заваривања велике снаге, максимални однос дубине и ширине завареног шава може да достигне 12:1.
Анализа апсорпције одласерска енергијакључаоницом
Пре формирања малих рупа и плазме, енергија ласера се углавном преноси у унутрашњост радног предмета кроз топлотну проводљивост.Процес заваривања спада у проводљиво заваривање (са дубином продирања мањом од 0,5 мм), а стопа апсорпције материјала ласера је између 25-45%.Једном када се формира кључаоница, енергија ласера се углавном апсорбује у унутрашњост радног предмета кроз ефекат кључаонице, а процес заваривања постаје заваривање дубоког продирања (са дубином продирања већом од 0,5 мм), брзина апсорпције може достићи преко 60-90%.
Ефекат кључаонице игра изузетно важну улогу у побољшању апсорпције ласера током обраде као што је ласерско заваривање, сечење и бушење.Ласерски зрак који улази у кључаоницу се скоро потпуно апсорбује кроз вишеструке рефлексије са зида рупе.
Генерално се верује да механизам апсорпције енергије ласера унутар кључаонице укључује два процеса: обрнуту апсорпцију и Фреснелову апсорпцију.
Баланс притиска унутар кључаонице
Током ласерског заваривања дубоког продирања, материјал се подвргава јаком испаравању, а притисак експанзије који ствара пара високе температуре избацује течни метал, формирајући мале рупе.Поред притиска паре и притиска аблације (такође познатог као сила реакције испаравања или притисак трзања) материјала, постоје и површински напон, статички притисак течности узрокован гравитацијом и динамички притисак флуида који ствара проток растопљеног материјала унутар мала рупа.Међу овим притисцима, само притисак паре одржава отварање мале рупе, док остале три силе теже да затворе мали отвор.Да би се одржала стабилност кључаонице током процеса заваривања, притисак паре мора бити довољан да превазиђе други отпор и постигне равнотежу, одржавајући дугорочну стабилност кључаонице.Ради једноставности, генерално се верује да су силе које делују на зид кључаонице углавном притисак аблације (повратни притисак металне паре) и површински напон.
Нестабилност кључаонице
Позадина: Ласер делује на површину материјала, изазивајући испаравање велике количине метала.Притисак поврата притиска на растопљени базен, формирајући кључаонице и плазму, што резултира повећањем дубине топљења.Током процеса померања, ласер удара у предњи зид кључаонице, а положај где ласер долази у контакт са материјалом ће изазвати озбиљно испаравање материјала.У исто време, зид кључаонице ће доживети губитак масе, а испаравање ће формирати повратни притисак који ће притиснути течни метал, узрокујући да унутрашњи зид кључаонице флуктуира надоле и да се креће око дна кључаонице према задњи део истопљеног базена.Због флуктуације растопљеног базена течности од предњег зида до задњег зида, запремина унутар кључаонице се константно мења, сходно томе се мења и унутрашњи притисак кључаонице, што доводи до промене запремине распршене плазме. .Промена запремине плазме доводи до промена у заштити, преламању и апсорпцији ласерске енергије, што резултира променама у енергији ласера која достиже површину материјала.Цео процес је динамичан и периодичан, што на крају резултира продирањем метала у облику зуба тестере и таласастог продирања, и не постоји глатки шав једнаке пенетрације. Горња слика је приказ попречног пресека центра вара добијеног уздужним резањем паралелно са центар вара, као и мерење у реалном времену варијације дубине кључаонице заИПГ-ЛДД као доказ.
Побољшајте смер стабилности кључаонице
Током ласерског заваривања дубоког продирања, стабилност мале рупе може се обезбедити само динамичком равнотежом различитих притисака унутар рупе.Међутим, апсорпција ласерске енергије зидом рупе и испаравање материјала, избацивање металне паре ван мале рупе и кретање напред мале рупе и растопљеног базена су веома интензивни и брзи процеси.Под одређеним процесним условима, у одређеним моментима током процеса заваривања, постоји могућност да се стабилност мале рупе наруши у локалним областима, што доводи до дефеката у заваривању.Најтипичнији и најчешћи су дефекти порозности малих пора и прскање узроковано колапсом кључаонице;
Дакле, како стабилизовати кључаоницу?
Флуктуација течности кључаонице је релативно сложена и укључује превише фактора (температурно поље, поље протока, поље силе, оптоелектронска физика), који се једноставно могу сажети у две категорије: однос између површинског напона и повратног притиска металне паре;Повратни притисак металне паре директно делује на стварање кључаоница, што је уско повезано са дубином и запремином кључаоница.Истовремено, као једина супстанца металне паре која се креће нагоре у процесу заваривања, такође је уско повезана са појавом прскања;Површински напон утиче на проток растопљеног базена;
Дакле, стабилан процес ласерског заваривања зависи од одржавања градијента расподеле површинског напона у растопљеном базену, без превеликих флуктуација.Површински напон је повезан са дистрибуцијом температуре, а дистрибуција температуре је повезана са извором топлоте.Због тога су композитни извор топлоте и заваривање у покрету потенцијални технички правци за стабилан процес заваривања;
Метална пара и запремина кључаонице треба да обрате пажњу на ефекат плазме и величину отвора кључаонице.Што је већи отвор, већа је кључаоница и занемарљиве флуктуације у доњој тачки базена талине, које имају релативно мали утицај на укупну запремину кључаонице и промене унутрашњег притиска;Дакле, подесиви ласерски начин рада (прстенаста тачка), рекомбинација ласерског лука, модулација фреквенције, итд. су сви правци који се могу проширити.
Време поста: 01.12.2023
