Кілт тесіктерінің пайда болуы және дамуы:
Кілт тесігінің анықтамасы: Сәулелену сәулеленуі 10 ^ 6 Вт/см ^ 2-ден асқан кезде, материалдың беті лазердің әсерінен балқып, буланып кетеді. Булану жылдамдығы жеткілікті үлкен болған кезде, пайда болған будың кері қайту қысымы сұйық металдың беттік керілуі мен сұйық гравитациясын жеңуге жеткілікті болады, осылайша сұйық металдың бір бөлігін ығыстырады, бұл қоздыру аймағындағы балқытылған бассейннің батып, шағын шұңқырлар пайда болуына әкеледі; Жарық сәулесі кіші шұңқырдың түбіне тікелей әсер етеді, бұл металдың одан әрі еріп, газдануына әкеледі. Жоғары қысымды бу шұңқырдың түбіндегі сұйық металды балқытылған бассейннің шеткі жағына қарай ағызуды жалғастырады, бұл кіші тесікті одан әрі тереңдетеді. Бұл процесс жалғасады, сайып келгенде сұйық металда кілт тесігі тәрізді тесік пайда болады. Кішкентай тесіктегі лазер сәулесімен пайда болған металл буының қысымы сұйық металдың беттік керілуі мен гравитациясымен тепе-теңдікке жеткенде, кіші тесік енді тереңдемейді және тереңдікке тұрақты кішкентай тесік пайда болады, бұл «кіші тесік эффектісі» деп аталады.
Лазер сәулесі дайындамаға қатысты қозғалған кезде, кішкентай тесік сәл артқа қарай иілген алдыңғы жағын және артқы жағында айқын көлбеу төңкерілген үшбұрышты көрсетеді. Кішкентай тесіктің алдыңғы шеті - жоғары температура мен жоғары бу қысымы бар лазердің әсер ету аймағы, ал артқы шетіндегі температура салыстырмалы түрде төмен және бу қысымы аз. Осы қысым мен температура айырмашылығы кезінде балқытылған сұйықтық кішкентай тесіктің айналасында алдыңғы ұшынан артқы ұшына қарай ағып, кішкентай тесіктің артқы ұшында құйын түзеді және ақырында артқы шетінде қатаяды. Лазерлік модельдеу және нақты дәнекерлеу арқылы алынған кілт тесігінің динамикалық күйі жоғарыдағы суретте көрсетілген, Кішкентай тесіктердің морфологиясы және әртүрлі жылдамдықпен қозғалу кезінде айналасындағы балқытылған сұйықтықтың ағыны.
Кішкентай тесіктердің болуына байланысты лазер сәулесінің энергиясы материалдың ішкі жағына еніп, осы терең және тар дәнекерлеу тігісін құрайды. Лазердің терең ену дәнекерлеу тігісінің типтік көлденең қимасының морфологиясы жоғарыдағы суретте көрсетілген. Дәнекерлеу тігісінің ену тереңдігі кілт тесігінің тереңдігіне жақын (дәлірек айтқанда, металлографиялық қабат кілт тесігінен 60-100 мкм тереңірек, бір сұйық қабат аз). Лазер энергиясының тығыздығы неғұрлым жоғары болса, кіші тесік соғұрлым терең болады және дәнекерлеу тігісінің ену тереңдігі соғұрлым жоғары болады. Жоғары қуатты лазерлік дәнекерлеуде дәнекерлеу тігісінің максималды тереңдік пен ен қатынасы 12:1-ге жетуі мүмкін.
Абсорбцияны талдаулазерлік энергиякілт тесігі арқылы
Кішкентай тесіктер мен плазма пайда болғанға дейін лазер энергиясы негізінен жылу өткізгіштік арқылы дайындаманың ішкі жағына беріледі. Дәнекерлеу процесі өткізгіш дәнекерлеуге жатады (ену тереңдігі 0,5 мм-ден аз), ал материалдың лазердің сіңіру жылдамдығы 25-45% аралығында. Кілт тесігі пайда болғаннан кейін, лазер энергиясы негізінен кілт тесігінің әсері арқылы дайындаманың ішкі жағына сіңеді, ал дәнекерлеу процесі терең ену дәнекерлеуге айналады (ену тереңдігі 0,5 мм-ден асады), сіңіру жылдамдығы 60-90%-дан асады.
Лазерлік дәнекерлеу, кесу және бұрғылау сияқты өңдеу кезінде лазердің сіңірілуін арттыруда кілт тесігінің әсері өте маңызды рөл атқарады. Кілт тесігіне енетін лазер сәулесі тесік қабырғасынан бірнеше рет шағылысулар арқылы толығымен дерлік сіңіріледі.
Лазердің кілт тесігінің ішіндегі энергияны сіңіру механизмі екі процесті қамтиды деп есептеледі: кері сіңіру және Френель сіңіруі.
Құлып тесігінің ішіндегі қысым тепе-теңдігі
Лазермен терең ену дәнекерлеу кезінде материал қатты булануға ұшырайды, ал жоғары температуралы бу шығаратын кеңею қысымы сұйық металды шығарып, ұсақ тесіктер түзеді. Материалдың бу қысымы мен абляция қысымынан (булану реакция күші немесе кері қайту қысымы деп те аталады) басқа, беттік керілу, ауырлық күшінен туындайтын сұйық статикалық қысым және балқытылған материалдың ұсақ тесік ішіндегі ағынынан туындайтын сұйықтық динамикалық қысым да бар. Бұл қысымдардың ішінде тек бу қысымы ұсақ тесіктің ашылуын сақтайды, ал қалған үш күш ұсақ тесікті жабуға тырысады. Дәнекерлеу процесінде кілт тесігінің тұрақтылығын сақтау үшін бу қысымы басқа кедергілерді жеңіп, тепе-теңдікке жету үшін жеткілікті болуы керек, кілт тесігінің ұзақ мерзімді тұрақтылығын сақтайды. Қарапайымдылық үшін кілт тесігінің қабырғасына әсер ететін күштер негізінен абляция қысымы (металл буының кері қайту қысымы) және беттік керілу деп саналады.
Кілт тесігінің тұрақсыздығы
Анықтама: Лазер материалдардың бетіне әсер етеді, бұл көп мөлшерде металлдың булануына әкеледі. Кері қайту қысымы балқытылған бассейнге қысым түсіріп, кілт тесіктері мен плазманы түзеді, нәтижесінде балқу тереңдігі артады. Қозғалу процесінде лазер кілт тесігінің алдыңғы қабырғасына соғылады, ал лазер материалмен жанасатын жер материалдың қатты булануын тудырады. Сонымен қатар, кілт тесігінің қабырғасында масса жоғалады, ал булану сұйық металды басатын кері қайту қысымын түзеді, бұл кілт тесігінің ішкі қабырғасының төмен қарай ауытқуына және кілт тесігінің түбінен балқытылған бассейннің артқы жағына қарай жылжуына әкеледі. Сұйық балқытылған бассейннің алдыңғы қабырғадан артқы қабырғаға ауытқуына байланысты кілт тесігінің ішіндегі көлем үнемі өзгеріп отырады. Кілт тесігінің ішкі қысымы да сәйкесінше өзгереді, бұл шашыратылған плазма көлемінің өзгеруіне әкеледі. Плазма көлемінің өзгеруі экрандаудың, сынудың және лазер энергиясының жұтылуының өзгеруіне әкеледі, нәтижесінде материал бетіне жететін лазер энергиясы өзгереді. Бүкіл процесс динамикалық және мерзімді болып табылады, сайып келгенде, ара тісі тәрізді және толқынды металл енуіне әкеледі, және тегіс тең ену дәнекерлеуі болмайды. Жоғарыдағы сурет дәнекерлеу ортасына параллель бойлық кесу арқылы алынған дәнекерлеу ортасының көлденең қимасының көрінісі, сондай-ақ кілт тесігінің тереңдігінің өзгеруінің нақты уақыт режиміндегі өлшемі болып табылады.IPG-LDD дәлел ретінде.
Кілт тесігінің тұрақтылық бағытын жақсартыңыз
Лазермен терең ену дәнекерлеу кезінде кішкентай тесіктің тұрақтылығын тек тесік ішіндегі әртүрлі қысымдардың динамикалық тепе-теңдігімен қамтамасыз етуге болады. Дегенмен, тесік қабырғасының лазер энергиясын сіңіруі және материалдардың булануы, металл буының кішкентай тесіктен тыс шығуы және кішкентай тесік пен балқытылған бассейннің алға қарай қозғалысы өте қарқынды және жылдам процестер болып табылады. Белгілі бір процесс жағдайларында, дәнекерлеу процесінің белгілі бір сәттерінде жергілікті жерлерде кішкентай тесіктің тұрақтылығы бұзылуы мүмкін, бұл дәнекерлеу ақауларына әкеледі. Ең типтік және кең таралғандары - кілт тесігінің құлауынан туындаған кішкентай кеуектілік ақаулары және шашыраңқылық;
Сонымен, кілт тесігін қалай тұрақтандыруға болады?
Құлақ тесігі сұйықтығының ауытқуы салыстырмалы түрде күрделі және тым көп факторларды (температура өрісі, ағын өрісі, күш өрісі, оптоэлектрондық физика) қамтиды, оларды екі санатқа бөлуге болады: беттік керілу мен металл буының кері қайту қысымы арасындағы байланыс; Металл буының кері қайту қысымы құлақ тесіктерінің пайда болуына тікелей әсер етеді, бұл құлақ тесіктерінің тереңдігі мен көлемімен тығыз байланысты. Сонымен қатар, дәнекерлеу процесінде металл буының жалғыз жоғары қарай қозғалатын заты ретінде ол шашырау пайда болуымен де тығыз байланысты; Беттік керілу балқытылған бассейннің ағынына әсер етеді;
Сондықтан лазерлік дәнекерлеу процесінің тұрақтылығы балқытылған бассейндегі беттік керілудің таралу градиентін тым көп ауытқусыз сақтауға байланысты. Беттік керілу температураның таралуымен, ал температураның таралуы жылу көзімен байланысты. Сондықтан, композиттік жылу көзі және тербелмелі дәнекерлеу тұрақты дәнекерлеу процесінің әлеуетті техникалық бағыттары болып табылады;
Металл буы мен кілт тесігінің көлемі плазмалық әсерге және кілт тесігінің саңылауының өлшеміне назар аударуы керек. Саңылау неғұрлым үлкен болса, кілт тесігі соғұрлым үлкен болады және балқыту бассейнінің төменгі нүктесіндегі елеусіз ауытқулар кілт тесігінің жалпы көлеміне және ішкі қысымның өзгеруіне салыстырмалы түрде аз әсер етеді; сондықтан реттелетін сақина режиміндегі лазер (сақина тәрізді нүкте), лазерлік доға рекомбинациясы, жиілік модуляциясы және т.б. - кеңейтілуі мүмкін бағыттардың барлығы.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 1 желтоқсан
