Дәстүрлі дәнекерлеу технологиясымен салыстырғанда,лазерлік дәнекерлеудәнекерлеу дәлдігі, тиімділігі, сенімділігі, автоматизациясы және басқа да аспектілерінде теңдессіз артықшылықтарға ие. Соңғы жылдары ол автомобильдер, энергетика, электроника және басқа да салаларда тез дамыды және 21 ғасырдағы ең перспективалы өндіріс технологияларының бірі болып саналады.
1. Қос сәулелі жарыққа шолулазерлік дәнекерлеу
Қос сәулелілазерлік дәнекерлеуДәнекерлеу үшін бір лазерді екі бөлек жарық сәулесіне бөлу үшін оптикалық әдістерді қолдану немесе біріктіру үшін екі түрлі лазер түрін, мысалы, CO2 лазерін, Nd: YAG лазерін және жоғары қуатты жартылай өткізгіш лазерді пайдалану болып табылады. Барлығын біріктіруге болады. Негізінен лазерлік дәнекерлеудің құрастыру дәлдігіне бейімделуін шешу, дәнекерлеу процесінің тұрақтылығын арттыру және дәнекерлеу сапасын жақсарту үшін ұсынылды. Қос сәулелілазерлік дәнекерлеусәуле энергиясының қатынасын, сәуле аралығын және тіпті екі лазер сәулесінің энергия таралу үлгісін өзгерту арқылы дәнекерлеу температурасы өрісін ыңғайлы және икемді түрде реттей алады, кілт тесігінің болу үлгісін және балқытылған бассейндегі сұйық металдың ағын үлгісін өзгертеді. Дәнекерлеу процестерінің кең таңдауын қамтамасыз етеді. Ол тек үлкен артықшылықтарға ғана емес, сонымен қатар үлкен артықшылықтарға да ие.лазерлік дәнекерлеуену, жылдам жылдамдық және жоғары дәлдік, бірақ сонымен қатар дәстүрлі дәнекерлеу қиын материалдар мен қосылыстарға да жарамдылазерлік дәнекерлеу.
Қос сәулелілазерлік дәнекерлеу, біз алдымен қос сәулелі лазерді енгізу әдістерін талқылаймыз. Жан-жақты әдебиеттер қос сәулелі дәнекерлеудің екі негізгі жолы бар екенін көрсетеді: беріліс фокустауы және шағылысу фокустауы. Нақтырақ айтқанда, біреуі фокустау айнасы және коллимациялық айна арқылы екі лазердің бұрышы мен аралығын реттеу арқылы қол жеткізіледі. Екіншісі лазер көзін пайдалану арқылы, содан кейін шағылыстыру айнасы, беріліс айнасы және сына тәрізді айна арқылы фокустау арқылы қос сәулеге қол жеткізіледі. Бірінші әдіс үшін негізінен үш түрі бар. Бірінші түрі - екі лазерді оптикалық талшықтар арқылы біріктіріп, оларды бір коллимациялық айна мен фокустау айнасының астындағы екі түрлі сәулеге бөлу. Екіншісі - екі лазер лазер сәулелерін өздерінің сәйкес дәнекерлеу бастары арқылы шығарады, ал дәнекерлеу бастарының кеңістіктік орнын реттеу арқылы қос сәуле пайда болады. Үшінші әдіс - лазер сәулесі алдымен екі айна 1 және 2 арқылы бөлінеді, содан кейін сәйкесінше екі фокустау айнасы 3 және 4 арқылы фокусталады. Екі фокустық нүкте арасындағы орналасу мен қашықтықты екі фокустау айнасының 3 және 4 бұрыштарын реттеу арқылы реттеуге болады. Екінші әдіс - қос сәулеге қол жеткізу үшін жарықты бөлу үшін қатты денелі лазерді пайдалану және перспективалық айна мен фокустау айнасы арқылы бұрыш пен аралықты реттеу. Төмендегі бірінші қатардағы соңғы екі суретте CO2 лазерінің спектроскопиялық жүйесі көрсетілген. Жалпақ айна сына тәрізді айнамен ауыстырылып, фокустау айнасының алдына қойылып, қос сәулелі параллель жарыққа қол жеткізу үшін жарықты бөлу жүзеге асырылады.
Қос арқалықтарды қолдануды түсінгеннен кейін, дәнекерлеу принциптері мен әдістерін қысқаша таныстырайық. Қос арқалықталазерлік дәнекерлеуПроцесс барысында үш кең таралған арқалық орналасуы бар, атап айтқанда, тізбекті орналасу, параллель орналасу және гибридті орналасу. Мата, яғни дәнекерлеу бағытында да, дәнекерлеу тік бағытында да қашықтық бар. Суреттің соңғы жолында көрсетілгендей, тізбекті дәнекерлеу процесінде әртүрлі нүктелік аралықта пайда болатын кішкентай тесіктер мен балқытылған бассейндердің әртүрлі пішіндеріне сәйкес, оларды одан әрі жеке балқымаларға бөлуге болады. Үш күй бар: бассейн, жалпы балқытылған бассейн және бөлек балқытылған бассейн. Жеке балқытылған бассейн мен бөлек балқытылған бассейннің сипаттамалары жеке балқымаларға ұқсас.лазерлік дәнекерлеу, сандық модельдеу диаграммасында көрсетілгендей. Әртүрлі түрлер үшін әртүрлі процесс әсерлері бар.
1-тип: Белгілі бір нүктелік аралықта екі сәулелік кілт тесіктері бірдей балқытылған бассейнде ортақ үлкен кілт тесігін құрайды; 1-тип үшін бір жарық сәулесі кішкентай тесік жасау үшін, ал екінші жарық сәулесі дәнекерлеу термиялық өңдеу үшін қолданылатыны туралы хабарланады, бұл жоғары көміртекті болат пен легирленген болаттың құрылымдық қасиеттерін тиімді түрде жақсарта алады.
2-тип: Бір балқытылған бассейндегі нүктелік аралықты арттырыңыз, екі сәулені екі тәуелсіз кілт тесігіне бөліңіз және балқытылған бассейннің ағын схемасын өзгертіңіз; 2-тип үшін оның функциясы екі электронды сәулелік дәнекерлеуге тең, тиісті фокустық қашықтықта дәнекерлеу шашырауын және біркелкі емес дәнекерлеуді азайтады.
3-түрі: Дақ аралығын одан әрі арттырыңыз және екі арқалықтың энергия қатынасын өзгертіңіз, осылайша екі арқалықтың бірі дәнекерлеу процесінде дәнекерлеуге дейінгі немесе дәнекерлеуден кейінгі өңдеуді орындау үшін жылу көзі ретінде пайдаланылады, ал екінші арқалық кішігірім тесіктер жасау үшін қолданылады. 3-түрі үшін зерттеу екі арқалықтың кілт тесігін құрайтынын, кішігірім тесіктің оңай бұзылмайтынын және дәнекерлеу кезінде тесіктер жасау оңай емес екенін анықтады.
2. Дәнекерлеу процесінің дәнекерлеу сапасына әсері
Дәнекерлеу тігісінің пайда болуына тізбекті сәуле-энергия қатынасының әсері
Лазер қуаты 2 кВт болғанда, дәнекерлеу жылдамдығы 45 мм/с, дефокустау мөлшері 0 мм және сәуле аралығы 3 мм болғанда, RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) өзгерген кездегі дәнекерлеу бетінің пішіні суретте көрсетілгендей болады. RS=0,50 және 2,00 болғанда, дәнекерлеу көбірек майысады және дәнекерлеудің шетінде көбірек шашырау пайда болады, бұл қалыпты балық қабыршақтарының өрнектерін қалыптастырмайды. Себебі, сәуле энергиясының қатынасы тым аз немесе тым үлкен болғанда, лазер энергиясы тым шоғырланған, бұл дәнекерлеу процесінде лазерлік тесіктің қатты тербелуіне әкеледі, ал будың кері қысымы балқытылған бассейндегі балқытылған бассейн металының лақтырылуы мен шашырауын тудырады; шамадан тыс жылу кірісі алюминий қорытпасы жағындағы балқытылған бассейннің ену тереңдігінің тым үлкен болуына әкеліп соғады, бұл ауырлық күшінің әсерінен ойық пайда болады. RS=0,67 және 1,50 болғанда, дәнекерлеу бетіндегі балық қабыршағының үлгісі біркелкі болады, дәнекерлеу пішіні әдемірек болады және дәнекерлеу бетінде көрінетін дәнекерлеу ыстық жарықтары, тесіктері және басқа да дәнекерлеу ақаулары болмайды. Әртүрлі сәуле энергиясының қатынасы RS болатын дәнекерлеулердің көлденең қимасының пішіндері суретте көрсетілгендей. Дәнекерлеулердің көлденең қимасы әдеттегі «шарап бокалы пішінінде», бұл дәнекерлеу процесінің лазерлік терең ену дәнекерлеу режимінде жүргізілетінін көрсетеді. RS алюминий қорытпасы жағында дәнекерлеудің P2 ену тереңдігіне маңызды әсер етеді. Сәуле энергиясының қатынасы RS=0,5 болғанда, P2 1203,2 микронға тең. Сәуле энергиясының қатынасы RS=0,67 және 1,5 болғанда, P2 айтарлықтай азаяды, олар сәйкесінше 403,3 микрон және 93,6 микронды құрайды. Сәуле энергиясының қатынасы RS=2 болғанда, қосылыстың көлденең қимасының дәнекерлеу ену тереңдігі 1151,6 микронға тең.
Параллель сәуле-энергия қатынасының дәнекерлеу тігісінің пайда болуына әсері
Лазер қуаты 2,8 кВт, дәнекерлеу жылдамдығы 33 мм/с, дефокустау мөлшері 0 мм және сәуле аралығы 1 мм болғанда, дәнекерлеу беті сәуле энергиясының қатынасын өзгерту арқылы алынады (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Сыртқы түрі суретте көрсетілген. RS=2 болғанда, дәнекерлеу бетіндегі балық қабыршағының үлгісі салыстырмалы түрде біркелкі емес. Басқа бес түрлі сәуле энергиясының қатынасы арқылы алынған дәнекерлеу беті жақсы қалыптасқан және тесіктер мен шашыраулар сияқты көрінетін ақаулар жоқ. Сондықтан, сериялық қос сәулемен салыстырғандалазерлік дәнекерлеу, параллель қос сәулелерді пайдаланатын дәнекерлеу беті біркелкі және әдемі болады. RS=0,25 болғанда, дәнекерлеуде аздап ойыс болады; сәуле энергиясының қатынасы біртіндеп артқан сайын (RS=0,5, 0,67 және 1,5), дәнекерлеу беті біркелкі болады және ойыс пайда болмайды; дегенмен, сәуле энергиясының қатынасы одан әрі артқанда (RS=1,50, 2,00), бірақ дәнекерлеу бетінде ойысулар болады. Сәуле энергиясының қатынасы RS=0,25, 1,5 және 2 болғанда, дәнекерлеудің көлденең қимасының пішіні «шарап бокалы тәрізді» болады; RS=0,50, 0,67 және 1 болғанда, дәнекерлеудің көлденең қимасының пішіні «воронка тәрізді» болады. RS=4 болғанда, дәнекерлеудің төменгі жағында жарықтар ғана емес, сонымен қатар дәнекерлеудің ортаңғы және төменгі бөліктерінде кейбір тесіктер де пайда болады. RS=2 болғанда, дәнекерлеудің ішінде үлкен өңдеу тесіктері пайда болады, бірақ жарықтар пайда болмайды. RS=0,5, 0,67 және 1,5 болған кезде, алюминий қорытпасы жағындағы дәнекерлеудің P2 ену тереңдігі кішірек болады, ал дәнекерлеудің көлденең қимасы жақсы қалыптасқан және айқын дәнекерлеу ақаулары пайда болмайды. Бұл параллель қос сәулелі лазерлік дәнекерлеу кезіндегі сәуле энергиясының қатынасы да дәнекерлеудің енуіне және дәнекерлеу ақауларына маңызды әсер ететінін көрсетеді.
Параллель арқалық – арқалық аралығының дәнекерлеу тігісінің пайда болуына әсері
Лазер қуаты 2,8 кВт, дәнекерлеу жылдамдығы 33 мм/с, дефокустау мөлшері 0 мм және сәуле энергиясының қатынасы RS=0,67 болғанда, суретте көрсетілгендей дәнекерлеу бетінің морфологиясын алу үшін сәуле аралығын (d=0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм) өзгертіңіз. d=0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм болғанда, дәнекерлеу беті тегіс және жазық болады, пішіні әдемі болады; дәнекерлеу балық қабыршағының үлгісі тұрақты және әдемі болады, көрінетін тесіктер, жарықтар және басқа да ақаулар болмайды. Сондықтан, төрт сәуле аралығы жағдайында дәнекерлеу беті жақсы қалыптасады. Сонымен қатар, d=2 мм болғанда, екі түрлі дәнекерлеу пайда болады, бұл екі параллель лазер сәулесінің балқытылған бассейнге әсер етпейтінін және тиімді қос сәулелі лазерлік гибридті дәнекерлеуді құра алмайтынын көрсетеді. Сәуле аралығы 0,5 мм болғанда, дәнекерлеу «воронка тәрізді» болады, алюминий қорытпасы жағындағы дәнекерлеудің P2 ену тереңдігі 712,9 микронды құрайды және дәнекерлеудің ішінде жарықтар, тесіктер және басқа да ақаулар болмайды. Сәуле аралығы артқан сайын, алюминий қорытпасы жағындағы дәнекерлеудің P2 ену тереңдігі айтарлықтай төмендейді. Сәуле аралығы 1 мм болғанда, алюминий қорытпасы жағындағы дәнекерлеудің ену тереңдігі небәрі 94,2 микронды құрайды. Сәуле аралығы одан әрі артқан сайын, дәнекерлеу алюминий қорытпасы жағында тиімді енуді қалыптастырмайды. Сондықтан, сәуле аралығы 0,5 мм болғанда, қос сәулелі рекомбинация әсері ең жақсы болады. Сәуле аралығы артқан сайын, дәнекерлеу жылуының кірісі күрт төмендейді, ал екі сәулелі лазерлі рекомбинация әсері біртіндеп нашарлайды.
Дәнекерлеу морфологиясындағы айырмашылық дәнекерлеу процесінде балқытылған бассейннің ағыны мен салқындатуының әртүрлі қатаюынан туындайды. Сандық модельдеу әдісі балқытылған бассейннің кернеу талдауын интуитивті етіп қана қоймай, сонымен қатар тәжірибелік шығындарды азайта алады. Төмендегі суретте бір сәулелі, әртүрлі орналасу және нүктелік арақашықтықпен бүйірлік балқытылған бассейндегі өзгерістер көрсетілген. Негізгі қорытындыларға мыналар жатады: (1) Бір сәулелі кезінделазерлік дәнекерлеуБұл процесс кезінде балқытылған бассейн тесігінің тереңдігі ең терең болады, тесіктің құлау құбылысы байқалады, тесік қабырғасы біркелкі емес және тесік қабырғасының жанындағы ағын өрісінің таралуы біркелкі емес; балқытылған бассейннің артқы бетіне жақын жерде қайта ағыс күшті, ал балқытылған бассейннің түбінде жоғары қарай қайта ағыс бар; беткі балқытылған бассейннің ағын өрісінің таралуы салыстырмалы түрде біркелкі және баяу, ал балқытылған бассейннің ені тереңдік бағыты бойынша біркелкі емес. Қос сәулелі тесіктер арасындағы балқытылған бассейндегі қабырғаның кері қайту қысымынан туындаған бұзылыс бар.лазерлік дәнекерлеу, және ол әрқашан кішкентай тесіктердің тереңдік бағыты бойынша болады. Екі сәуле арасындағы қашықтық артып келе жатқанда, сәуленің энергия тығыздығы біртіндеп бір шыңнан қос шың күйіне ауысады. Екі шың арасында минималды мән бар, ал энергия тығыздығы біртіндеп төмендейді. (2) Қос сәулелі үшінлазерлік дәнекерлеу, нүктелік арақашықтық 0-0,5 мм болғанда, балқытылған бассейннің ұсақ тесіктерінің тереңдігі аздап азаяды, ал балқытылған бассейннің жалпы ағыны бір сәулелі ағынға ұқсас.лазерлік дәнекерлеу; нүктелік арақашықтық 1 мм-ден жоғары болғанда, ұсақ тесіктер толығымен бөлінеді, ал дәнекерлеу процесінде екі лазердің өзара әрекеттесуі іс жүзінде болмайды, бұл 1750 Вт қуаттылықтағы екі қатарлы/екі параллель бір сәулелі лазерлік дәнекерлеуге тең. Алдын ала қыздыру әсері іс жүзінде жоқ, ал балқытылған бассейн ағынының мінез-құлқы бір сәулелі лазерлік дәнекерлеуге ұқсас. (3) нүктелік арақашықтық 0,5-1 мм болғанда, ұсақ тесіктердің қабырға беті екі орналасуда тегіс болады, ұсақ тесіктердің тереңдігі біртіндеп азаяды және түбі біртіндеп бөлінеді. Ұсақ тесіктер мен беттік балқытылған бассейн ағыны арасындағы ауытқу 0,8 мм-де болады. Ең күштісі. Сериялық дәнекерлеу үшін балқытылған бассейннің ұзындығы біртіндеп артады, нүктелік арақашықтық 0,8 мм болғанда ені ең үлкен болады, ал алдын ала қыздыру әсері нүктелік арақашықтық 0,8 мм болғанда ең айқын болады. Марангони күшінің әсері біртіндеп әлсірейді және балқытылған бассейннің екі жағына да көбірек металл сұйықтығы ағады. Балқыма енінің таралуын біркелкі етіңіз. Параллель дәнекерлеу кезінде балқытылған бассейннің ені біртіндеп артады, ал ұзындығы 0,8 мм-де максималды болады, бірақ алдын ала қыздыру әсері болмайды; Марангони күшінің әсерінен бетіне жақын жерде қайта ағып кету әрқашан болады, ал кішкентай тесіктің түбіндегі төмен қарай қайта ағып кету біртіндеп жоғалады; көлденең қиманың ағын өрісі тізбектей күшті болғандықтан жақсы емес, бұзылу балқытылған бассейннің екі жағындағы ағынға әрең әсер етеді, ал балқытылған ені біркелкі емес.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 12 қазан
