Lasera Materiala Interagado - Ŝlosiltrua Efiko

La formado kaj evoluo de ŝlosiltruoj:

Difino de ŝlosiltruo: Kiam la radiada iradiado estas pli granda ol 10^6W/cm^2, la surfaco de la materialo fandiĝas kaj vaporiĝas sub la ago de lasero. Kiam la vaporiĝrapido estas sufiĉe granda, la generita vapora kontraŭfrapa premo sufiĉas por superi la surfacan tension kaj likvan graviton de la likva metalo, tiel delokigante iom da likva metalo, kaŭzante ke la fandita naĝejo ĉe la ekscita zono sinku kaj formu malgrandajn kavaĵojn; La lumfasko rekte agas sur la fundon de la malgranda kavaĵo, kaŭzante ke la metalo plu fandiĝu kaj gasiĝu. Altprema vaporo daŭre devigas la likvan metalon ĉe la fundo de la kavaĵo flui al la periferio de la fandita naĝejo, plu profundigante la malgrandan truon. Ĉi tiu procezo daŭras, finfine formante ŝlosiltruo-similan truon en la likva metalo. Kiam la metala vaporpremo generita de la laserfasko en la malgranda truo atingas ekvilibron kun la surfaca tensio kaj gravito de la likva metalo, la malgranda truo ne plu profundiĝas kaj formas profunde stabilan malgrandan truon, kio nomiĝas la "malgrandtrua efiko".

Dum la lasera radio moviĝas relative al la laborpeco, la malgranda truo montras iomete malantaŭen kurban antaŭan flankon kaj klare klinitan inversan triangulon ĉe la malantaŭo. La antaŭa rando de la malgranda truo estas la agadareo de la lasero, kun alta temperaturo kaj alta vaporpremo, dum la temperaturo laŭlonge de la malantaŭa rando estas relative malalta kaj la vaporpremo estas malgranda. Sub ĉi tiu premo- kaj temperaturdiferenco, la fandita likvaĵo fluas ĉirkaŭ la malgranda truo de la antaŭa fino al la malantaŭa fino, formante vorticon ĉe la malantaŭa fino de la malgranda truo, kaj fine solidiĝas ĉe la malantaŭa rando. La dinamika stato de la ŝlosiltruo akirita per lasera simulado kaj fakta veldado estas montrita en la supra figuro. La morfologio de malgrandaj truoj kaj la fluo de ĉirkaŭa fandita likvaĵo dum moviĝo je malsamaj rapidoj.

Pro la ĉeesto de malgrandaj truoj, la energio de la lasera radio penetras en la internon de la materialo, formante ĉi tiun profundan kaj mallarĝan veldaĵon. La tipa transversa sekca morfologio de la lasera profunda veldaĵo estas montrita en la supra figuro. La penetra profundo de la veldaĵo estas proksima al la profundo de la ŝlosiltruo (precize, la metalografia tavolo estas 60-100 µm pli profunda ol la ŝlosiltruo, unu likva tavolo malpli). Ju pli alta la lasera energia denseco, des pli profunda la malgranda truo, kaj des pli granda la penetra profundo de la veldaĵo. En alt-potenca lasera veldado, la maksimuma rilatumo inter profundo kaj larĝo de la veldaĵo povas atingi 12:1.

Analizo de sorbado delasera energioper ŝlosiltruo

Antaŭ la formado de malgrandaj truoj kaj plasmo, la energio de la lasero estas ĉefe transdonita al la interno de la laborpeco per varmokonduktado. La veldprocezo apartenas al konduktiva veldado (kun penetra profundo malpli ol 0.5mm), kaj la absorba indico de la lasero en la materialo estas inter 25-45%. Post kiam la ŝlosiltruo estas formita, la energio de la lasero estas ĉefe absorbita de la interno de la laborpeco per la ŝlosiltrua efiko, kaj la veldprocezo fariĝas profunda penetra veldado (kun penetra profundo pli ol 0.5mm). La absorba indico povas atingi pli ol 60-90%.

La ŝlosiltrua efiko ludas ekstreme gravan rolon en plibonigado de la sorbado de lasero dum prilaborado kiel laserveldado, tranĉado kaj borado. La lasera radio eniranta la ŝlosiltruon estas preskaŭ tute sorbita per multoblaj reflektoj de la truomuro.

Oni ĝenerale kredas, ke la energia sorba mekanismo de lasero ene de la ŝlosiltruo inkluzivas du procezojn: inversan absorbon kaj Fresnel-absorbon.

Prem-ekvilibro ene de la ŝlosiltruo

Dum lasera profunda penetra veldado, la materialo spertas severan vaporiĝon, kaj la ekspansia premo generita de alttemperatura vaporo elpelas la likvan metalon, formante malgrandajn truojn. Aldone al la vapora premo kaj ablacia premo (ankaŭ konata kiel vaporiĝa reakcia forto aŭ kontraŭfrapa premo) de la materialo, ekzistas ankaŭ surfaca tensio, likva statika premo kaŭzita de gravito, kaj fluida dinamika premo generita de la fluo de fandita materialo ene de la malgranda truo. Inter ĉi tiuj premoj, nur vapora premo subtenas la malfermon de la malgranda truo, dum la aliaj tri fortoj klopodas fermi la malgrandan truon. Por konservi la stabilecon de la ŝlosiltruo dum la velda procezo, la vapora premo devas esti sufiĉa por venki aliajn rezistojn kaj atingi ekvilibron, konservante la longdaŭran stabilecon de la ŝlosiltruo. Por simpleco, oni ĝenerale kredas, ke la fortoj agantaj sur la ŝlosiltruan muron estas ĉefe ablacia premo (metala vapora kontraŭfrapa premo) kaj surfaca tensio.

Malstabileco de Serurtruo

Fono: Lasero agas sur la surfacon de materialoj, kaŭzante vaporiĝon de granda kvanto da metalo. La kontraŭfrapa premo premas la fanditan naĝejon, formante ŝlosiltruojn kaj plasmon, rezultante en pliiĝo de la fandprofundo. Dum la movado, la lasero trafas la antaŭan muron de la ŝlosiltruo, kaj la pozicio kie la lasero kontaktas la materialon kaŭzos severan vaporiĝon de la materialo. Samtempe, la ŝlosiltrua muro spertos masperdon, kaj la vaporiĝo formos kontraŭfrapan premon, kiu premos la likvan metalon, kaŭzante ke la interna muro de la ŝlosiltruo fluktuu malsupren kaj moviĝu ĉirkaŭ la fundo de la ŝlosiltruo al la malantaŭo de la fandita naĝejo. Pro la fluktuo de la likva fandita naĝejo de la antaŭa muro al la malantaŭa muro, la volumeno interne de la ŝlosiltruo konstante ŝanĝiĝas. La interna premo de la ŝlosiltruo ankaŭ ŝanĝiĝas laŭe, kio kondukas al ŝanĝo en la volumeno de la ŝprucita plasmo. La ŝanĝo en la plasmovolumeno kondukas al ŝanĝoj en ŝirmado, refrakto kaj sorbado de lasera energio, rezultante en ŝanĝoj en la energio de la lasero atinganta la materialan surfacon. La tuta procezo estas dinamika kaj perioda, finfine rezultante en segildenta kaj ondeca metalpenetro, kaj ne ekzistas glata egalpenetra veldo. La supra figuro estas transversa sekco de la centro de la veldo akirita per longituda tranĉado paralela al la centro de la veldo, same kiel realtempa mezurado de la ŝlosiltruoprofunda vario perIPG-LDD kiel pruvo.

Plibonigu la stabilecan direkton de la ŝlosiltruo

Dum lasera profunda penetra veldado, la stabileco de la malgranda truo povas esti certigita nur per la dinamika ekvilibro de diversaj premoj ene de la truo. Tamen, la sorbado de lasera energio fare de la truomuro kaj la vaporiĝo de materialoj, la elĵeto de metala vaporo ekster la malgrandan truon, kaj la antaŭeniro de la malgranda truo kaj la fandita naĝejo estas ĉiuj tre intensaj kaj rapidaj procezoj. Sub certaj procezkondiĉoj, en certaj momentoj dum la veldado, ekzistas ebleco, ke la stabileco de la malgranda truo povas esti interrompita en lokaj areoj, kondukante al velddifektoj. La plej tipaj kaj oftaj estas porecaj difektoj de malgrandaj poroj kaj ŝprucado kaŭzitaj de kolapso de ŝlosiltruo;

Do kiel stabiligi la ŝlosiltruon?

La fluktuo de ŝlosiltruo-fluido estas relative kompleksa kaj implikas tro multajn faktorojn (temperatura kampo, fluokampo, fortokampo, optoelektronika fiziko), kiuj povas esti simple resumitaj en du kategoriojn: la rilato inter surfaca tensio kaj kontraŭfrapa premo de metalvaporo; La kontraŭfrapa premo de metalvaporo rekte influas la generadon de ŝlosiltruoj, kio estas proksime rilata al la profundo kaj volumeno de la ŝlosiltruoj. Samtempe, kiel la sola supren moviĝanta substanco de metalvaporo en la veldprocezo, ĝi ankaŭ estas proksime rilata al la okazo de ŝprucado; Surfaca tensio influas la fluon de la fandita naĝejo;

Do stabila lasera veldprocezo dependas de konservado de la distribua gradiento de surfaca tensio en la fandita naĝejo, sen tro da fluktuoj. Surfaca tensio rilatas al temperaturdistribuo, kaj temperaturdistribuo rilatas al varmofonto. Tial, kompozita varmofonto kaj svingveldado estas eblaj teknikaj direktoj por stabila veldprocezo;

La volumeno de la metala vaporo kaj la ŝlosiltruo devas atenti la plasman efikon kaj la grandecon de la ŝlosiltruo. Ju pli granda la aperturo, des pli granda la ŝlosiltruo, kaj la nekonsiderindaj fluktuoj en la fundo de la fandita naĝejo havas relative malgrandan efikon sur la totala volumeno de la ŝlosiltruo kaj internaj premŝanĝoj; Do, alĝustigebla ringoforma lasero (ringoforma punkto), laserarka rekombinado, frekvencmodulado, ktp. estas ĉiuj direktoj, kiujn oni povas vasti.