Interaksyon sa Materyal sa Laser – Epekto sa Keyhole

Ang pagporma ug pag-uswag sa mga keyhole:

Depinisyon sa Keyhole: Kung ang radiation irradiance mas dako kay sa 10 ^ 6W/cm ^ 2, ang nawong sa materyal matunaw ug moalisngaw ubos sa aksyon sa laser. Kung ang gikusgon sa pag-alisngaw igo na kadako, ang namugna nga vapor recoil pressure igo na aron mabuntog ang surface tension ug liquid gravity sa liquid metal, sa ingon mabalhin ang pipila sa liquid metal, hinungdan nga ang tinunaw nga pool sa excitation zone malunod ug maporma ang gagmay nga mga lungag; Ang silaw sa kahayag direktang molihok sa ilawom sa gamay nga lungag, hinungdan nga ang metal dugang nga matunaw ug ma-gasify. Ang high pressure steam nagpadayon sa pagpugos sa liquid metal sa ilawom sa lungag nga moagos padulong sa periphery sa tinunaw nga pool, nga labi nga magpalalom sa gamay nga lungag. Kini nga proseso nagpadayon, sa katapusan nagporma og usa ka keyhole nga sama sa lungag sa liquid metal. Kung ang pressure sa metal vapor nga namugna sa laser beam sa gamay nga lungag makaabot sa equilibrium sa surface tension ug gravity sa liquid metal, ang gamay nga lungag dili na molalom ug nagporma og usa ka giladmon nga stable nga gamay nga lungag, nga gitawag nga "small hole effect".

Samtang ang laser beam molihok relatibo sa workpiece, ang gamay nga lungag nagpakita og gamay nga paatras nga kurbadong atubangan ug usa ka klaro nga hilig nga baliktad nga trianggulo sa likod. Ang atubangan nga ngilit sa gamay nga lungag mao ang lugar sa aksyon sa laser, nga adunay taas nga temperatura ug taas nga presyur sa alisngaw, samtang ang temperatura sa likod nga ngilit medyo ubos ug ang presyur sa alisngaw gamay. Ubos niining kalainan sa presyur ug temperatura, ang tinunaw nga likido moagos libot sa gamay nga lungag gikan sa atubangan nga tumoy ngadto sa likod nga tumoy, nga nagporma og vortex sa likod nga tumoy sa gamay nga lungag, ug sa katapusan mogahi sa likod nga ngilit. Ang dinamikong kahimtang sa keyhole nga nakuha pinaagi sa laser simulation ug aktuwal nga welding gipakita sa hulagway sa ibabaw, Ang morpolohiya sa gagmay nga mga lungag ug ang pag-agos sa naglibot nga tinunaw nga likido atol sa pagbiyahe sa lainlaing mga katulin.

Tungod sa presensya sa gagmay nga mga buho, ang enerhiya sa laser beam mosulod sa sulod sa materyal, nga maporma kining lawom ug pig-ot nga weld seam. Ang tipikal nga cross-sectional morphology sa laser deep penetration weld seam gipakita sa hulagway sa ibabaw. Ang penetration depth sa weld seam duol sa giladmon sa keyhole (aron mahimong tukma, ang metallographic layer 60-100um nga mas lawom kay sa keyhole, usa ka mas gamay nga liquid layer). Kon mas taas ang laser energy density, mas lawom ang gamay nga buho, ug mas dako ang penetration depth sa weld seam. Sa high-power laser welding, ang maximum depth to width ratio sa weld seam mahimong moabot sa 12:1.

Pag-analisar sa pagsuhop saenerhiya sa laserpinaagi sa lungag sa yawe

Sa wala pa maporma ang gagmay nga mga lungag ug plasma, ang enerhiya sa laser kasagarang ipadala ngadto sa sulod sa workpiece pinaagi sa thermal conduction. Ang proseso sa welding nahisakop sa conductive welding (nga adunay penetration depth nga ubos sa 0.5mm), ug ang absorption rate sa materyal sa laser anaa sa taliwala sa 25-45%. Kung maporma na ang keyhole, ang enerhiya sa laser kasagarang masuhop sa sulod sa workpiece pinaagi sa keyhole effect, ug ang proseso sa welding mahimong deep penetration welding (nga adunay penetration depth nga labaw sa 0.5mm), Ang absorption rate mahimong moabot sa kapin sa 60-90%.

Ang epekto sa keyhole adunay hinungdanon kaayong papel sa pagpausbaw sa pagsuhop sa laser atol sa mga proseso sama sa laser welding, pagputol, ug pag-drill. Ang laser beam nga mosulod sa keyhole halos hingpit nga masuhop pinaagi sa daghang mga repleksyon gikan sa bungbong sa lungag.

Kasagaran gituohan nga ang mekanismo sa pagsuhop sa enerhiya sa laser sulod sa keyhole naglakip sa duha ka proseso: reverse absorption ug Fresnel absorption.

Balanse sa presyur sa sulod sa keyhole

Atol sa laser deep penetration welding, ang materyal moagi sa grabe nga vaporization, ug ang expansion pressure nga namugna sa high-temperature steam mopagawas sa likidong metal, nga moporma og gagmay nga mga lungag. Gawas pa sa vapor pressure ug ablation pressure (nailhan usab nga evaporation reaction force o recoil pressure) sa materyal, adunay usab surface tension, liquid static pressure nga gipahinabo sa gravity, ug fluid dynamic pressure nga namugna sa pag-agos sa tinunaw nga materyal sulod sa gamay nga lungag. Taliwala niining mga pressure, ang steam pressure lamang ang nagmintinar sa pag-abli sa gamay nga lungag, samtang ang laing tulo ka pwersa naningkamot sa pagsira sa gamay nga lungag. Aron mapadayon ang kalig-on sa keyhole atol sa proseso sa welding, ang vapor pressure kinahanglan nga igo aron mabuntog ang ubang resistensya ug makab-ot ang equilibrium, nga nagmintinar sa dugay nga kalig-on sa keyhole. Alang sa kasayon, kasagaran gituohan nga ang mga pwersa nga naglihok sa bungbong sa keyhole kasagaran ablation pressure (metal vapor recoil pressure) ug surface tension.

Kawalay kalig-on sa Keyhole

Background: Ang laser molihok sa nawong sa mga materyales, hinungdan sa pag-alisngaw sa daghang metal. Ang recoil pressure mopilit sa tinunaw nga pool, nga maporma ang mga keyhole ug plasma, nga moresulta sa pagtaas sa giladmon sa pagkatunaw. Atol sa proseso sa paglihok, ang laser moigo sa atubangan nga bungbong sa keyhole, ug ang posisyon diin ang laser mokontak sa materyal hinungdan sa grabe nga pag-alisngaw sa materyal. Sa samang higayon, ang bungbong sa keyhole makasinati og pagkawala sa masa, ug ang pag-alisngaw maporma ang recoil pressure nga mopilit sa likido nga metal, hinungdan nga ang sulod nga bungbong sa keyhole mo-usab-usab paubos ug molihok sa ilawom sa keyhole padulong sa likod sa tinunaw nga pool. Tungod sa pag-usab-usab sa likido nga tinunaw nga pool gikan sa atubangan nga bungbong ngadto sa likod nga bungbong, ang gidaghanon sa sulod sa keyhole kanunay nga nagbag-o. Ang internal nga presyon sa keyhole nagbag-o usab sumala niana, nga mosangpot sa pagbag-o sa gidaghanon sa plasma nga gi-spray. Ang pagbag-o sa gidaghanon sa plasma mosangpot sa mga pagbag-o sa shielding, refraction, ug absorption sa enerhiya sa laser, nga moresulta sa mga pagbag-o sa enerhiya sa laser nga makaabot sa nawong sa materyal. Ang tibuok proseso dinamiko ug panagsa, nga sa katapusan moresulta sa usa ka porma sa ngipon nga lagari ug kulot nga metal nga pagsulod, ug walay hapsay nga parehas nga pagsulod sa weld. Ang hulagway sa ibabaw usa ka cross-sectional nga pagtan-aw sa sentro sa weld nga nakuha pinaagi sa longitudinal cutting nga parallel sa sentro sa weld, ingon man usa ka real-time nga pagsukod sa kalainan sa giladmon sa keyhole pinaagi sa.IPG-LDD isip ebidensya.

Pauswaga ang direksyon sa kalig-on sa keyhole

Atol sa laser deep penetration welding, ang kalig-on sa gamay nga lungag masiguro lamang pinaagi sa dinamikong balanse sa lainlaing mga presyur sa sulod sa lungag. Bisan pa, ang pagsuhop sa enerhiya sa laser sa bungbong sa lungag ug ang pag-alisngaw sa mga materyales, ang pagpagawas sa alisngaw sa metal sa gawas sa gamay nga lungag, ug ang paglihok sa gamay nga lungag ug tinunaw nga lim-aw pulos kusog ug paspas nga mga proseso. Ubos sa pipila ka mga kondisyon sa proseso, sa pipila ka mga gutlo atol sa proseso sa pag-welding, adunay posibilidad nga ang kalig-on sa gamay nga lungag mahimong mabalda sa mga lokal nga lugar, nga mosangpot sa mga depekto sa pag-welding. Ang labing kasagaran ug kasagaran mao ang gagmay nga mga depekto sa porosity sa pore ug pagsabwag nga gipahinabo sa pagkahugno sa keyhole;

Busa unsaon pagpalig-on ang keyhole?

Ang pag-usab-usab sa keyhole fluid medyo komplikado ug naglambigit sa daghang mga hinungdan (temperatura, flow field, force field, optoelectronic physics), nga mahimong i-summarize sa duha ka kategorya: ang relasyon tali sa surface tension ug metal vapor recoil pressure; Ang recoil pressure sa metal vapor direktang makaapekto sa pagmugna og mga keyhole, nga suod nga nalambigit sa giladmon ug gidaghanon sa mga keyhole. Sa samang higayon, isip bugtong pataas nga substansiya sa metal vapor sa proseso sa welding, kini suod usab nga nalambigit sa pagkahitabo sa spatter; Ang surface tension makaapekto sa pag-agos sa tinunaw nga pool;

Busa ang lig-on nga proseso sa laser welding nagdepende sa pagmintinar sa distribution gradient sa surface tension sa tinunaw nga pool, nga walay daghang pag-usab-usab. Ang surface tension may kalabutan sa distribution sa temperatura, ug ang distribution sa temperatura may kalabutan sa tinubdan sa kainit. Busa, ang composite heat source ug swing welding mga potensyal nga teknikal nga direksyon para sa lig-on nga proseso sa welding;

Ang metal nga alisngaw ug ang gidaghanon sa keyhole kinahanglan nga hatagan ug pagtagad ang epekto sa plasma ug ang gidak-on sa buho sa keyhole. Kon mas dako ang buho, mas dako ang keyhole, ug ang gamay ra nga pag-usab-usab sa ubos nga punto sa melt pool, nga adunay gamay nga epekto sa kinatibuk-ang gidaghanon sa keyhole ug mga pagbag-o sa internal nga presyur; Busa ang adjustable ring mode laser (annular spot), laser arc recombination, frequency modulation, ug uban pa mga direksyon nga mahimong mapalapdan.