Interazzjoni tal-Materjal bil-Laser – Effett tat-Toqba taċ-Ċavetta

Il-formazzjoni u l-iżvilupp tat-toqob taċ-ċavetta:

Definizzjoni ta' toqba taċ-ċavetta: Meta l-irradjanza tar-radjazzjoni tkun akbar minn 10 ^ 6W/cm ^ 2, il-wiċċ tal-materjal idub u jevapora taħt l-azzjoni tal-lejżer. Meta l-veloċità tal-evaporazzjoni tkun kbira biżżejjed, il-pressjoni ta' rkupru tal-fwar iġġenerat tkun biżżejjed biex tegħleb it-tensjoni tal-wiċċ u l-gravità tal-likwidu tal-metall likwidu, u b'hekk tiċċaqlaq parti mill-metall likwidu, u tikkawża li l-ġabra mdewba fiż-żona ta' eċċitazzjoni tegħreq u tifforma ħofor żgħar; Ir-raġġ tad-dawl jaġixxi direttament fuq il-qiegħ tal-ħofra ż-żgħira, u b'hekk il-metall ikompli jdub u jiġi gassifikat. Il-fwar bi pressjoni għolja jkompli jisforza l-metall likwidu fil-qiegħ tal-ħofra biex jiċċirkola lejn il-periferija tal-ġabra mdewba, u japprofondixxi aktar it-toqba ż-żgħira. Dan il-proċess ikompli, u fl-aħħar mill-aħħar jifforma toqba bħal toqba taċ-ċavetta fil-metall likwidu. Meta l-pressjoni tal-fwar tal-metall iġġenerata mir-raġġ tal-lejżer fit-toqba ż-żgħira tilħaq ekwilibriju mat-tensjoni tal-wiċċ u l-gravità tal-metall likwidu, it-toqba ż-żgħira ma tibqax tapprofondixxi u tifforma toqba żgħira stabbli fil-fond, li tissejjaħ l-"effett tat-toqba ż-żgħira".

Hekk kif ir-raġġ tal-lejżer jiċċaqlaq relattivament mal-biċċa tax-xogħol, it-toqba ż-żgħira turi quddiem kemxejn mgħawweġ lura u trijangolu maqlub inklinat b'mod ċar fuq wara. It-tarf ta' quddiem tat-toqba ż-żgħira huwa ż-żona ta' azzjoni tal-lejżer, b'temperatura għolja u pressjoni għolja tal-fwar, filwaqt li t-temperatura tul it-tarf ta' wara hija relattivament baxxa u l-pressjoni tal-fwar hija żgħira. Taħt din id-differenza fil-pressjoni u t-temperatura, il-likwidu mdewweb jiċċirkola madwar it-toqba ż-żgħira mit-tarf ta' quddiem għat-tarf ta' wara, u jifforma vortiċi fit-tarf ta' wara tat-toqba ż-żgħira, u finalment jissolidifika fit-tarf ta' wara. L-istat dinamiku tat-toqba taċ-ċavetta miksub permezz ta' simulazzjoni bil-lejżer u wweldjar attwali huwa muri fil-figura ta' hawn fuq, Il-morfoloġija tat-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 tal-iwweldjar fonda u dejqa. Il-morfoloġija tipika tas-sezzjoni trasversali tal-ħjata tal-iwweldjar b'penetrazzjoni profonda bil-lejżer hija murija fil-figura ta' hawn fuq. Il-fond tal-penetrazzjoni tal-ħjata tal-iwweldjar huwa qrib il-fond tat-toqba taċ-ċavetta (biex inkunu preċiżi, is-saff metallografiku huwa 60-100um aktar fond mit-toqba taċ-ċavetta, saff likwidu wieħed inqas). Iktar ma tkun għolja d-densità tal-enerġija tal-lejżer, iktar tkun fonda t-toqba ż-żgħira, u iktar ikun kbir il-fond tal-penetrazzjoni tal-ħjata tal-iwweldjar. Fl-iwweldjar bil-lejżer b'qawwa għolja, il-proporzjon massimu tal-fond għall-wisa' tal-ħjata tal-iwweldjar jista' jilħaq 12:1.

Analiżi tal-assorbiment ta'enerġija tal-lejżerbit-toqba taċ-ċavetta

Qabel il-formazzjoni ta' toqob żgħar u plażma, l-enerġija tal-lejżer tiġi trażmessa prinċipalment lejn l-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-lejżer fil-materjal hija bejn 25-45%. Ladarba tiġi ffurmata t-toqba taċ-ċavetta, l-enerġija tal-lejżer tiġi assorbita prinċipalment mill-intern tal-biċċa tax-xogħol permezz tal-effett tat-toqba taċ-ċavetta, u l-proċess tal-iwweldjar 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 tat-toqba taċ-ċavetta 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 fit-toqba taċ-ċavetta jiġi assorbit kważi kompletament permezz ta' riflessjonijiet multipli mill-ħajt tat-toqba.

Ġeneralment huwa maħsub li l-mekkaniżmu ta' assorbiment tal-enerġija tal-lejżer ġewwa t-toqba taċ-ċavetta jinkludi żewġ proċessi: assorbiment invers u assorbiment ta' Fresnel.

Bilanċ tal-pressjoni ġewwa t-toqba taċ-ċavetta

Waqt l-iwweldjar bil-lejżer b'penetrazzjoni profonda, il-materjal jgħaddi minn vaporizzazzjoni qawwija, u l-pressjoni ta' espansjoni ġġenerata mill-fwar f'temperatura għolja tkeċċi l-metall likwidu, u tifforma toqob żgħar. Minbarra l-pressjoni tal-fwar u l-pressjoni ta' ablazzjoni (magħrufa wkoll bħala forza ta' reazzjoni għall-evaporazzjoni jew pressjoni ta' rkupru) tal-materjal, hemm ukoll tensjoni tal-wiċċ, pressjoni statika tal-likwidu kkawżata mill-gravità, u pressjoni dinamika tal-fluwidu ġġenerata mill-fluss ta' materjal imdewweb ġewwa t-toqba ż-żgħira. Fost dawn il-pressjonijiet, il-pressjoni tal-fwar biss iżżomm il-ftuħ tat-toqba ż-żgħira, filwaqt li t-tliet forzi l-oħra jistinkaw biex jagħlqu t-toqba ż-żgħira. Biex tinżamm l-istabbiltà tat-toqba taċ-ċavetta waqt il-proċess tal-iwweldjar, il-pressjoni tal-fwar trid tkun biżżejjed biex tegħleb reżistenza oħra u tikseb ekwilibriju, u żżomm l-istabbiltà fit-tul tat-toqba taċ-ċavetta. Għas-sempliċità, ġeneralment huwa maħsub li l-forzi li jaġixxu fuq il-ħajt tat-toqba taċ-ċavetta huma prinċipalment pressjoni ta' ablazzjoni (pressjoni ta' rkupru tal-fwar tal-metall) u tensjoni tal-wiċċ.

Instabbiltà tat-Toqba taċ-Ċavetta

Sfond: Il-lejżer jaġixxi fuq il-wiċċ tal-materjali, u jikkawża li ammont kbir ta' metall jevapora. Il-pressjoni ta' rkupru tagħfas 'l isfel fuq il-ġabra mdewba, u tifforma toqob taċ-ċavetta u plażma, li tirriżulta f'żieda fil-fond tat-tidwib. Matul il-proċess tal-moviment, il-lejżer jolqot il-ħajt ta' quddiem tat-toqba taċ-ċavetta, u l-pożizzjoni fejn il-lejżer jikkuntattja l-materjal tikkawża evaporazzjoni severa tal-materjal. Fl-istess ħin, il-ħajt tat-toqba taċ-ċavetta jesperjenza telf ta' massa, u l-evaporazzjoni tifforma pressjoni ta' rkupru li tagħfas 'l isfel fuq il-metall likwidu, u tikkawża li l-ħajt ta' ġewwa tat-toqba taċ-ċavetta jvarja 'l isfel u jiċċaqlaq madwar il-qiegħ tat-toqba taċ-ċavetta lejn wara tal-ġabra mdewba. Minħabba l-varjazzjoni tal-ġabra mdewba likwida mill-ħajt ta' quddiem għall-ħajt ta' wara, il-volum ġewwa t-toqba taċ-ċavetta jinbidel kontinwament. Il-pressjoni interna tat-toqba taċ-ċavetta tinbidel ukoll kif xieraq, u dan iwassal għal bidla fil-volum tal-plażma sprejjata 'l 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 mill-aħħar jirriżulta f'penetrazzjoni tal-metall forma ta' snien tas-serrieq u mmewġa, u m'hemm l-ebda weldjatura ta' penetrazzjoni ugwali bla xkiel. Il-figura ta' hawn fuq hija veduta trasversali taċ-ċentru tal-weldjatura miksuba permezz ta' qtugħ lonġitudinali parallel maċ-ċentru tal-weldjatura, kif ukoll kejl f'ħin reali tal-varjazzjoni fil-fond tat-toqba taċ-ċavetta minnIPG-LDD bħala evidenza.

Ittejjeb id-direzzjoni tal-istabbiltà tat-toqba taċ-ċavetta

Waqt l-iwweldjar bil-lejżer b'penetrazzjoni profonda, l-istabbiltà tat-toqba żgħira tista' tiġi żgurata biss permezz tal-bilanċ dinamiku ta' diversi pressjonijiet ġewwa t-toqba. Madankollu, l-assorbiment tal-enerġija tal-lejżer mill-ħajt tat-toqba u l-evaporazzjoni tal-materjali, it-tfigħ tal-fwar tal-metall barra t-toqba żgħira, u l-moviment 'il quddiem tat-toqba żgħira u l-ġabra mdewba huma kollha proċessi intensi ħafna u rapidi. Taħt ċerti kundizzjonijiet tal-proċess, f'ċerti mumenti matul il-proċess tal-iwweldjar, hemm il-possibbiltà li l-istabbiltà tat-toqba żgħira tista' tiġi mfixkla f'żoni lokali, u dan iwassal għal difetti fl-iwweldjar. L-aktar tipiċi u komuni huma difetti ta' porożità tat-tip poruż żgħir u titjir ikkawżat mill-kollass tat-toqba taċ-ċavetta;

Allura kif tistabbilizza t-toqba taċ-ċavetta?

Il-varjazzjoni tal-fluwidu tat-toqba taċ-ċavetta hija relattivament kumplessa u tinvolvi wisq fatturi (kamp tat-temperatura, kamp tal-fluss, kamp tal-forza, fiżika optoelettronika), li jistgħu jiġu mqassra sempliċement f'żewġ kategoriji: ir-relazzjoni bejn it-tensjoni tal-wiċċ u l-pressjoni ta' rkupru tal-fwar tal-metall; Il-pressjoni ta' rkupru tal-fwar tal-metall taġixxi direttament fuq il-ġenerazzjoni tat-toqob taċ-ċavetta, li hija relatata mill-qrib mal-fond u l-volum tat-toqob taċ-ċavetta. 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' titjir; It-tensjoni tal-wiċċ taffettwa l-fluss tal-ġabra mdewba;

Għalhekk, proċess stabbli tal-iwweldjar bil-lejżer jiddependi fuq iż-żamma tal-gradjent tad-distribuzzjoni tat-tensjoni tal-wiċċ fil-ġabra mdewba, mingħajr wisq varjazzjoni. 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 stabbli tal-iwweldjar;

Il-fwar tal-metall u l-volum tat-toqba taċ-ċavetta jeħtieġ li jagħtu attenzjoni lill-effett tal-plażma u d-daqs tal-ftuħ tat-toqba taċ-ċavetta. Iktar ma jkun kbir il-ftuħ, iktar ikun kbir it-toqba taċ-ċavetta, u l-varjazzjonijiet negliġibbli fil-punt tal-qiegħ tal-ġabra tat-tidwib, li għandhom impatt relattivament żgħir fuq il-volum ġenerali tat-toqba taċ-ċavetta u l-bidliet fil-pressjoni interna; Għalhekk, il-lejżer b'modalità ċirkulari aġġustabbli (post annulari), ir-rikombinazzjoni tal-ark tal-lejżer, il-modulazzjoni tal-frekwenza, eċċ. huma kollha direzzjonijiet li jistgħu jiġu estiżi.