Il-formazzjoni u l-iżvilupp ta 'keyholes:
Definizzjoni ta 'keyhole: Meta l-irradjanza tar-radjazzjoni tkun akbar minn 10 ^ 6W/cm ^ 2, il-wiċċ tal-materjal idub u jevapora taħt l-azzjoni tal-laser. Meta l-veloċità tal-evaporazzjoni tkun kbira biżżejjed, il-pressjoni tal-irkupra tal-fwar ġenerata hija biżżejjed biex tegħleb it-tensjoni tal-wiċċ u l-gravità likwida tal-metall likwidu, u b'hekk tisposta xi ftit mill-metall likwidu, u tikkawża li l-pool imdewweb fiż-żona ta 'eċitazzjoni jegħreq u jifforma ħofor żgħar ; Ir-raġġ tad-dawl jaġixxi direttament fuq il-qiegħ tal-fossa ż-żgħira, u jikkawża li l-metall ikompli jiddewweb u gassifika. Fwar bi pressjoni għolja jkompli jġiegħel il-metall likwidu fil-qiegħ tal-fossa biex jgħaddi lejn il-periferija tal-pool imdewweb, u jkompli japprofondixxi t-toqba żgħira. Dan il-proċess ikompli, fl-aħħar mill-aħħar jifforma toqba tas-serratura bħal toqba fil-metall likwidu. Meta l-pressjoni tal-fwar tal-metall ġġenerata mir-raġġ tal-lejżer fit-toqba żgħira tilħaq ekwilibriju mat-tensjoni tal-wiċċ u l-gravità tal-metall likwidu, it-toqba żgħira ma tibqax tapprofondixxi u tifforma toqba żgħira stabbli fil-fond, li tissejjaħ "effett toqba żgħira" .
Hekk kif ir-raġġ tal-lejżer jiċċaqlaq relattiv għall-biċċa tax-xogħol, it-toqba żgħira turi quddiem mgħawġa kemmxejn lura u trijangolu maqlub inklinat b'mod ċar fuq wara. It-tarf ta 'quddiem tat-toqba żgħira huwa ż-żona ta' azzjoni tal-lejżer, b'temperatura għolja u pressjoni tal-fwar għolja, filwaqt li t-temperatura tul ix-xifer ta 'wara hija relattivament baxxa u l-pressjoni tal-fwar hija żgħira. Taħt din id-differenza fil-pressjoni u fit-temperatura, il-likwidu mdewweb jiċċirkola madwar it-toqba żgħira mit-tarf ta 'quddiem sat-tarf ta' wara, li jifforma vortiċi fit-tarf ta 'wara tat-toqba żgħira, u finalment jissolidifika fit-tarf ta' wara. L-istat dinamiku tal-keyhole miksub permezz ta 'simulazzjoni bil-lejżer u l-iwweldjar attwali jidher fil-figura ta' hawn fuq, Il-morfoloġija ta 'toqob żgħar u l-fluss tal-likwidu mdewweb tal-madwar waqt l-ivvjaġġar b'veloċitajiet differenti.
Minħabba l-preżenza ta 'toqob żgħar, l-enerġija tar-raġġ tal-lejżer tippenetra fl-intern tal-materjal, u tifforma din il-ħjata ta' weldjatura dejqa u fonda. Il-morfoloġija trasversali tipika tal-ħjata tal-weldjatura tal-penetrazzjoni profonda tal-lejżer hija murija fil-figura ta 'hawn fuq. Il-fond tal-penetrazzjoni tal-ħjata tal-weldjatura huwa qrib il-fond tal-keyhole (biex tkun preċiża, is-saff metallografiku huwa 60-100um aktar profond mill-keyhole, saff likwidu inqas). Iktar ma tkun għolja d-densità tal-enerġija tal-lejżer, iktar tkun profonda t-toqba żgħira, u akbar ikun il-fond tal-penetrazzjoni tal-ħjata tal-weldjatura. Fl-iwweldjar bil-lejżer ta 'qawwa għolja, il-proporzjon massimu tal-fond għall-wisa' tal-ħjata tal-weldjatura jista 'jilħaq 12:1.
Analiżi ta 'assorbiment ta'enerġija tal-laserminn keyhole
Qabel il-formazzjoni ta 'toqob żgħar u plażma, l-enerġija tal-lejżer hija prinċipalment trasmessa għall-intern tal-biċċa tax-xogħol permezz ta' konduzzjoni termali. Il-proċess tal-iwweldjar jappartjeni għall-iwweldjar konduttiv (b'fond ta 'penetrazzjoni ta' inqas minn 0.5mm), u r-rata ta 'assorbiment tal-materjal tal-lejżer hija bejn 25-45%. Ladarba l-keyhole tiġi ffurmata, l-enerġija tal-lejżer hija prinċipalment assorbita mill-intern tal-biċċa tax-xogħol permezz tal-effett keyhole, u l-proċess ta 'wweldjar isir iwweldjar ta' penetrazzjoni profonda (b'fond ta 'penetrazzjoni ta' aktar minn 0.5mm), Ir-rata ta 'assorbiment tista' tilħaq aktar minn 60-90%.
L-effett keyhole għandu rwol estremament importanti fit-titjib tal-assorbiment tal-lejżer waqt l-ipproċessar bħall-iwweldjar bil-lejżer, it-tqattigħ u t-tħaffir. Ir-raġġ tal-lejżer li jidħol fil-keyhole huwa kważi kompletament assorbit permezz ta 'riflessjonijiet multipli mill-ħajt tat-toqba.
Huwa ġeneralment maħsub li l-mekkaniżmu ta 'assorbiment ta' enerġija tal-laser ġewwa l-keyhole jinkludi żewġ proċessi: assorbiment invers u assorbiment Fresnel.
Bilanċ tal-pressjoni ġewwa l-keyhole
Matul l-iwweldjar ta 'penetrazzjoni profonda bil-lejżer, il-materjal jgħaddi minn vaporizzazzjoni severa, u l-pressjoni ta' espansjoni ġġenerata minn fwar b'temperatura għolja tkeċċi l-metall likwidu, u tifforma toqob żgħar. Minbarra l-pressjoni tal-fwar u l-pressjoni tal-ablazzjoni (magħrufa wkoll bħala forza ta 'reazzjoni ta' evaporazzjoni jew pressjoni ta 'recoil) tal-materjal, hemm ukoll tensjoni tal-wiċċ, pressjoni statika likwida kkawżata mill-gravità, u pressjoni fluwidu dinamika ġġenerata mill-fluss ta' materjal imdewweb ġewwa l- toqba żgħira. Fost dawn il-pressjonijiet, il-pressjoni tal-fwar biss iżżomm il-ftuħ tat-toqba żgħira, filwaqt li t-tliet forzi l-oħra jistinkaw biex jagħlqu t-toqba żgħira. Biex tinżamm l-istabbiltà tal-keyhole matul il-proċess tal-iwweldjar, il-pressjoni tal-fwar għandha tkun biżżejjed biex tegħleb reżistenza oħra u tikseb ekwilibriju, u żżomm l-istabbiltà fit-tul tal-keyhole. Għas-sempliċità, huwa ġeneralment maħsub li l-forzi li jaġixxu fuq il-ħajt keyhole huma prinċipalment pressjoni tal-ablazzjoni (pressjoni ta 'recoil tal-fwar tal-metall) u tensjoni tal-wiċċ.
Instabilità ta 'keyhole
Sfond: Il-lejżer jaġixxi fuq il-wiċċ tal-materjali, u jikkawża li jevapora ammont kbir ta 'metall. Il-pressjoni ta 'recoil tagħfas 'l isfel fuq il-pool imdewweb, u tifforma toqob tas-siġar u plażma, li tirriżulta f'żieda fil-fond tat-tidwib. Matul il-proċess ta 'ċaqliq, il-lejżer jolqot il-ħajt ta' quddiem tat-toqba tas-serratura, u l-pożizzjoni fejn il-lejżer tikkuntattja l-materjal tikkawża evaporazzjoni severa tal-materjal. Fl-istess ħin, il-ħajt tas-keyhole se jesperjenza telf ta 'massa, u l-evaporazzjoni se tifforma pressjoni ta' ritorn li tagħfas 'l isfel fuq il-metall likwidu, u tikkawża li l-ħajt ta' ġewwa tal-keyhole jvarja 'l isfel u jiċċaqlaq madwar il-qiegħ tal-keyhole lejn il- dahar tal-pool imdewweb. Minħabba l-varjazzjoni tal-pool imdewweb likwidu mill-ħajt ta 'quddiem għall-ħajt ta' wara, il-volum ġewwa l-keyhole qed jinbidel kontinwament, Il-pressjoni interna tal-keyhole tinbidel ukoll kif xieraq, li jwassal għal bidla fil-volum tal-plażma sprejjat barra . Il-bidla fil-volum tal-plażma twassal għal bidliet fl-ilqugħ, ir-rifrazzjoni u l-assorbiment tal-enerġija tal-lejżer, li jirriżultaw f'bidliet fl-enerġija tal-lejżer li tilħaq il-wiċċ tal-materjal. Il-proċess kollu huwa dinamiku u perjodiku, li fl-aħħar jirriżulta f'penetrazzjoni tal-metall b'forma ta' sawtooth u immewġin, u m'hemm l-ebda weldjatura ta 'penetrazzjoni ugwali bla xkiel, Il-figura ta' hawn fuq hija ħarsa trasversali taċ-ċentru tal-weldjatura miksuba permezz ta 'qtugħ lonġitudinali parallel mal- ċentru tal-weldjatura, kif ukoll kejl fil-ħin reali tal-varjazzjoni fond keyhole millIPG-LDD bħala evidenza.
Ittejjeb id-direzzjoni tal-istabbiltà tal-keyhole
Matul l-iwweldjar ta 'penetrazzjoni profonda bil-lejżer, l-istabbiltà tat-toqba żgħira tista' tiġi żgurata biss mill-bilanċ dinamiku ta 'diversi pressjonijiet ġewwa t-toqba. Madankollu, l-assorbiment tal-enerġija tal-lejżer mill-ħajt tat-toqba u l-evaporazzjoni tal-materjali, l-ejection tal-fwar tal-metall barra t-toqba żgħira, u l-moviment 'il quddiem tat-toqba żgħira u l-pool imdewweb huma kollha proċessi intensi u rapidi ħafna. Taħt ċerti kundizzjonijiet tal-proċess, f'ċerti mumenti matul il-proċess tal-iwweldjar, hemm possibbiltà li l-istabbiltà tat-toqba żgħira tista 'tiġi mfixkla f'żoni lokali, li twassal għal difetti tal-iwweldjar. L-aktar tipiċi u komuni huma difetti tal-porożità tat-tip tal-pori żgħar u spatter ikkawżati minn kollass tat-toqba tas-serratura;
Allura kif tistabbilizza l-keyhole?
Il-fluttwazzjoni tal-fluwidu keyhole hija relattivament kumplessa u tinvolvi wisq fatturi (kamp tat-temperatura, kamp tal-fluss, kamp tal-forza, fiżika optoelettronika), li tista 'tiġi sempliċiment miġbura fil-qosor f'żewġ kategoriji: ir-relazzjoni bejn it-tensjoni tal-wiċċ u l-pressjoni tal-irkupri tal-fwar tal-metall; Il-pressjoni ta 'recoil tal-fwar tal-metall taġixxi direttament fuq il-ġenerazzjoni ta' keyholes, li hija relatata mill-qrib mal-fond u l-volum tat-keyholes. Fl-istess ħin, bħala l-unika sustanza li tiċċaqlaq 'il fuq tal-fwar tal-metall fil-proċess tal-iwweldjar, hija wkoll relatata mill-qrib mal-okkorrenza ta' spatter; It-tensjoni tal-wiċċ taffettwa l-fluss tal-pool imdewweb;
Allura proċess stabbli tal-iwweldjar bil-lejżer jiddependi fuq iż-żamma tal-gradjent tad-distribuzzjoni tat-tensjoni tal-wiċċ fil-pool imdewweb, mingħajr wisq fluttwazzjoni. It-tensjoni tal-wiċċ hija relatata mad-distribuzzjoni tat-temperatura, u d-distribuzzjoni tat-temperatura hija relatata mas-sors tas-sħana. Għalhekk, is-sors tas-sħana kompost u l-iwweldjar swing huma direzzjonijiet tekniċi potenzjali għal proċess ta 'wweldjar stabbli;
Il-fwar tal-metall u l-volum keyhole jeħtieġ li jagħtu attenzjoni lill-effett tal-plażma u d-daqs tal-ftuħ keyhole. Iktar ma jkun kbir il-ftuħ, iktar ikun kbir il-keyhole, u l-varjazzjonijiet negliġibbli fil-punt tal-qiegħ tal-pool tat-tidwib, li għandhom impatt relattivament żgħir fuq il-volum ġenerali tas-keyhole u l-bidliet fil-pressjoni interna; Allura aġġustabbli ring mode laser (post annulari), laser ark rikombinazzjoni, modulazzjoni tal-frekwenza, eċċ huma kollha direzzjonijiet li jistgħu jiġu estiżi.
Ħin tal-post: Diċ-01-2023
