Қазіргі заманғы өндірісте,лазерлік дәнекерлеу технологиясыаэроғарыштан автомобиль өндірісіне, электронды жабдықтардан медициналық құрылғыларға дейін әртүрлі салаларда кеңінен қолданылады, жоғары тиімділік, дәлдік және бейімделу артықшылықтарымен ерекшеленеді. Бұл технологияның негізі - лазердің материалмен әрекеттесуі, балқытылған бассейн түзуі және тез қатаюы, осылайша металл бөлшектерді қосуға мүмкіндік береді. Дәнекерлеу бассейні лазерлік дәнекерлеудің негізгі саласы болып табылады және оның сипаттамалары дәнекерлеу сапасын, микроқұрылымын және соңғы өнімділігін тікелей анықтайды. Сондықтан, балқытылған бассейн сипаттамаларын терең түсіну және дәл бақылау лазерлік дәнекерлеу технологиясының деңгейін арттыру және өнеркәсіптік өндірістегі жоғары сапалы дәнекерленген қосылыстардың қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін өте маңызды.
Балқытылған бассейн геометриясы
Дәнекерлеу бассейнінің геометриясы лазерлік дәнекерлеуді зерттеуде маңызды аспект болып табылады, себебі ол дәнекерлеу процесінде жылу берілісіне, материал ағынына және соңғы дәнекерлеу сапасына тікелей әсер етеді. Балқытылған бассейннің пішіні әдетте оның тереңдігімен, енімен, арақатынасымен, жылу әсер ететін аймақтың (HAZ) геометриясымен, кілт тесігінің геометриясымен және балқытылған металл аймағының (MMA) геометриясымен сипатталады. Бұл параметрлер дәнекерленген қосылыстың өлшемі мен пішінін ғана емес, сонымен қатар дәнекерлеу процесінде жылу цикліне, салқындату жылдамдығына және микроқұрылымның қалыптасуына да әсер етеді.
1-кесте. Лазерлік дәнекерлеу параметрлерінің әрбір дәнекерлеу пулының геометриялық параметрлеріне әсері.
Зерттеулер көрсеткендей, 1-кестеде көрсетілгендей, лазерлік қуат пен дәнекерлеу жылдамдығы дәнекерлеу пулының геометриясына әсер ететін екі негізгі процесс параметрі болып табылады. Жалпы, лазерлік қуат артқан сайын және дәнекерлеу жылдамдығы төмендеген сайын дәнекерлеу пулының тереңдігі артады, ал ені салыстырмалы түрде аз өзгереді. Себебі, жоғары лазерлік қуат көбірек энергия бере алады, бұл материалдың тезірек еріп, булануына мүмкіндік береді, нәтижесінде 1-суретте көрсетілгендей тереңірек тесіктер мен пулдар пайда болады. Дегенмен, лазерлік қуат тым жоғары немесе дәнекерлеу жылдамдығы тым төмен болған кезде, бұл материалдың қызып кетуіне, шамадан тыс булануға және тіпті плазмалық қорғаныс әсеріне әкелуі мүмкін, бұл дәнекерлеу сапасын төмендетеді. Сондықтан, нақты дәнекерлеу процесінде дәнекерлеу пулының идеалды геометриясын алу үшін нақты материалдық сипаттамалар мен дәнекерлеу талаптарына сәйкес лазерлік қуат пен дәнекерлеу жылдамдығын ақылға қонымды түрде таңдау қажет.
1-сурет. Лазерлік жылу өткізгіштікпен пісіру және лазерлік терең ену арқылы пісіру арқылы пайда болған әртүрлі пісіру пішіндері.
Лазер қуаты мен дәнекерлеу жылдамдығынан басқа, материалдың термиялық физикалық қасиеттері, бетінің күйі, қорғаныш газы және басқа да факторлар дәнекерлеу бассейнінің геометриясына әсер етеді. Мысалы, материалдың жылу өткізгіштігі неғұрлым жоғары болса, материал арқылы жылу беру соғұрлым жылдам болады және балқытылған бассейннің салқындату жылдамдығы соғұрлым жоғары болады, бұл балқытылған бассейннің салыстырмалы түрде кішкентай өлшеміне әкелуі мүмкін. Материалдың бетінің кедір-бұдырлығы мен тазалығы лазердің сіңіру жылдамдығына әсер етеді, содан кейін балқытылған бассейннің пайда болуы мен тұрақтылығына әсер етеді. Сонымен қатар, қорғаныш газының түрі мен ағын жылдамдығы балқытылған бассейннің пішіні мен сапасына белгілі бір әсер етеді, тиісті қорғаныш газы балқытылған бассейннің тотығуы мен ластануының алдын алады, сонымен қатар дәнекерлеу сапасын жақсарту үшін балқытылған бассейннің беттік керілуі мен ағын сипаттамаларын реттей алады.
2-сурет. Лазер тербелген кездегі балқытылған бассейннің пішіні.
Лазер сәулесінің траекториясын өзгерту арқылы лазердің тербелісі балқытылған бассейннің пішіні мен сипаттамаларына айтарлықтай әсер етуі мүмкін, бұл 2-суретте көрсетілген. Лазер сәулесі тербелген сайын балқытылған бассейннің пішіні біркелкі және тұрақты болады. Тербелмелі лазер сәулесі бассейн бетінде кеңірек қыздырылған аймақ жасайды, бассейннің шеттерін тегістейді және өткір жиектер мен дұрыс емес пішіндерді азайтады. Бұл біркелкі қыздыру дәнекерленген қосылыстың сапасы мен механикалық қасиеттерін жақсартуға және жарықтар мен тесіктер сияқты дәнекерлеу ақауларын азайтуға көмектеседі. Сонымен қатар, лазерлік тербеліс балқытылған бассейннің сұйықтығын арттыра алады, балқытылған бассейндегі газдар мен қоспалардың шығуына ықпал етеді және дәнекерленген қосылыстың тығыздығы мен біркелкілігін одан әрі жақсартады.
Балқытылған пул динамикасы
Балқытылған бассейн термодинамикасы - лазерлік дәнекерлеуді зерттеудегі тағы бір маңызды сала, ол балқытылған бассейндегі лазер энергиясын сіңіруді, беруді және түрлендіруді, сондай-ақ температура өрісінің таралуын, салқындату жылдамдығын және оның әсерінен болатын фазалық ауысу әрекетін қамтиды. Дәнекерлеу бассейнінің термодинамикалық сипаттамалары дәнекерлеу бассейнінің пішіні мен өлшемін ғана емес, сонымен қатар дәнекерленген қосылыстың микроқұрылымы мен механикалық қасиеттеріне тікелей әсер етеді.
Лазерлік дәнекерлеу процесінде лазер энергиясы материалға сіңгеннен кейін, балқыту бассейнінде жоғары температура аймағын тудырады, бұл материалдың еріп, булануына әкеледі. Сонымен қатар, жылу жылу өткізгіштік, конвекция және сәулелену арқылы жоғары температура аймағынан төмен температура аймағына ауысады, сондықтан балқытылған бассейннің айналасындағы материалдың температурасы артады, содан кейін материалдың микроқұрылымы мен қасиеттеріне әсер етеді. Балқытылған бассейннің кішігірім өлшемі, үлкен температура градиенті және жылдам салқындату жылдамдығына байланысты температура өрісі мен салқындату жылдамдығын тікелей өлшеу өте қиын. Сондықтан зерттеулердің көпшілігі балқытылған бассейндердің термодинамикалық қасиеттерін зерттеу үшін математикалық модельдер мен сандық модельдеу әдістерін құру арқылы жүргізіледі.
Балқытылған бассейннің термодинамикалық моделінде әдетте келесі негізгі факторларды ескеру қажет: Біріншіден, материал бетінің шағылысу, сіңіру және өткізу сипаттамаларын және материал ішіндегі лазердің шашырауы мен сіңіру процесін қоса алғанда, лазер энергиясының сіңіру механизмі. Әртүрлі материалдар мен лазер параметрлері әртүрлі сіңіру жылдамдығына және энергияның таралуына әкеледі, бұл балқытылған бассейннің термодинамикалық мінез-құлқына әсер етеді. Екіншіден, материалдың жылулық физикалық қасиеттері, мысалы, меншікті жылу сыйымдылығы, жылу өткізгіштігі, тығыздығы және т.б., бұл параметрлер температураның өзгеруімен өзгереді, бұл жылу беру процесіне маңызды әсер етеді. Сонымен қатар, балқытылған бассейндегі сұйықтық ағыны мен фазалық өзгеру процестерін, мысалы, балқу, булану және қатаюды ескеру қажет, бұл балқытылған бассейннің пішіні мен температура өрісінің таралуын өзгертеді, сонымен қатар материалдың микроқұрылымы мен механикалық қасиеттеріне әсер етеді.
Сандық модельдеу және эксперименттік зерттеу арқылы зерттеушілер балқытылған бассейндегі температура өрісінің таралуы әдетте айтарлықтай біркелкі емес екенін, жоғары температура аймағы негізінен лазерлік әсер ету аймағында және кілт тесігінде шоғырланғанын және температура балқытылған бассейннің шетіне және жылу әсер ететін аймаққа біртіндеп төмендейтінін анықтады. Салқындату жылдамдығы балқытылған бассейннің өлшемінің кішіреюімен және лазер аймағынан қашықтықтың артуымен артады. Әдетте, балқытылған бассейннің ортасында және кілт тесігі аймағында салқындату жылдамдығы төмен, ал балқытылған бассейннің шетінде және жылу әсер ететін аймақта салқындату жылдамдығы жоғары, бұл 2-суретте көрсетілген. Бұл біркелкі емес температура өрісі мен салқындату жылдамдығының таралуы дәнекерленген қосылыстың микроқұрылымында түйіршік өлшемі, фазалық құрамы және таралуы сияқты айқын градиенттік өзгерістерге әкеледі, бұл дәнекерленген қосылыстың механикалық қасиеттері мен коррозияға төзімділігіне әсер етеді.
3-сурет. Тот баспайтын болат пластинаны лазермен терең ену арқылы дәнекерлеу кезіндегі кілт тесігі мен балқытылған бассейннің пайда болуын модельдеу нәтижелері.
Балқытылған бассейннің термодинамикалық сипаттамаларын жақсарту, дәнекерлеу сапасын жақсарту және дәнекерлеу ақауларын азайту үшін бірқатар оңтайландыру әдістері мен шаралары ұсынылды. Мысалы, лазерлік қуат, дәнекерлеу жылдамдығы, нүктелік диаметр және т.б. сияқты лазерлік параметрлерді реттеу арқылы балқытылған бассейннің температура өрісі мен салқындату жылдамдығын оңтайландыру үшін лазерлік энергияның кіріс режимі мен таралуын өзгертуге болады. Сонымен қатар, балқытылған бассейннің термодинамикалық мінез-құлқы мен микроқұрылымының эволюциясын алдын ала қыздыру, қыздырудан кейінгі, көп өтпелі дәнекерлеу және басқа да процесс әдістерін, сондай-ақ әртүрлі қорғаныс газдары мен дәнекерлеу атмосферасын пайдалану арқылы реттеуге болады. Сонымен қатар, материалдардың термиялық тұрақтылығы мен дәнекерлеу өнімділігін жақсарту үшін жаңа дәнекерлеу материалдары мен қорытпа жүйелерін әзірлеу де балқытылған бассейндердің термодинамикалық сипаттамаларын жақсартудың маңызды жолдарының бірі болып табылады.
Лазерлік дәнекерлеу пулының сипаттамалары дәнекерлеу сапасына, микроқұрылымына және механикалық қасиеттеріне әсер ететін негізгі факторлар болып табылады. Лазерлік дәнекерлеу пулының геометриясы мен термодинамикалық сипаттамаларын терең зерттеу лазерлік дәнекерлеу процесін оңтайландыру және дәнекерлеу тиімділігі мен сапасын жақсарту үшін үлкен маңызға ие. Көптеген эксперименттік зерттеулер мен сандық модельдеу талдауы арқылы зерттеушілер бірқатар маңызды зерттеу нәтижелеріне қол жеткізді, бұл лазерлік дәнекерлеу технологиясын әзірлеу және қолдану үшін күшті теориялық қолдау мен техникалық басшылықты қамтамасыз етеді. Дегенмен, қазіргі зерттеулерде әлі де кейбір кемшіліктер бар, мысалы, модельді жеңілдету және тым көп болжамдар, сондай-ақ күрделі жұмыс жағдайында балқыту пулының сипаттамаларын болжау жеткілікті дәл емес. Жүйелі және кешенді эксперименттік зерттеулерді жақсарту қажет, және көбірек материалдар мен дәнекерлеу параметрлері бойынша терең зерттеулер жеткіліксіз.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 28 ақпан
