लेझर मटेरियल इंटरेक्शन - कीहोल इफेक्ट

कीहोलची निर्मिती आणि विकास:

कीहोल व्याख्या: जेव्हा रेडिएशन विकिरण 10 ^ 6W/cm ^ 2 पेक्षा जास्त असते, तेव्हा सामग्रीचा पृष्ठभाग लेसरच्या क्रियेखाली वितळतो आणि बाष्पीभवन होतो. जेव्हा बाष्पीभवनाचा वेग पुरेसा मोठा असतो, तेव्हा निर्माण झालेला बाष्प रिकॉल दाब द्रव धातूच्या पृष्ठभागावरील ताण आणि द्रव गुरुत्वाकर्षणावर मात करण्यासाठी पुरेसा असतो, ज्यामुळे काही द्रव धातू विस्थापित होतात, ज्यामुळे उत्तेजित क्षेत्रावरील वितळलेला पूल बुडतो आणि लहान खड्डे तयार होतात. ; प्रकाशाचा किरण थेट लहान खड्ड्याच्या तळाशी कार्य करतो, ज्यामुळे धातू आणखी वितळते आणि गॅसिफिक होते. उच्च दाबाची वाफ खड्ड्याच्या तळाशी असलेल्या द्रव धातूला वितळलेल्या तलावाच्या परिघाकडे वाहण्यास भाग पाडत राहते, लहान छिद्र आणखी खोल करते. ही प्रक्रिया पुढे चालू राहते, शेवटी द्रव धातूच्या छिद्रासारखे कीहोल बनते. जेव्हा लहान छिद्रामध्ये लेसर बीमद्वारे निर्माण होणारा धातूचा बाष्प दाब द्रव धातूच्या पृष्ठभागावरील ताण आणि गुरुत्वाकर्षणाच्या समतोलतेपर्यंत पोहोचतो, तेव्हा लहान छिद्र यापुढे खोल होत नाही आणि खोलीचे स्थिर छोटे छिद्र बनते, ज्याला "स्मॉल होल इफेक्ट" म्हणतात. .

लेसर बीम वर्कपीसच्या सापेक्ष हलत असताना, लहान छिद्र समोर थोडा मागे वक्र आणि मागील बाजूस स्पष्टपणे कललेला उलटा त्रिकोण दर्शवितो. लहान छिद्राचा पुढचा किनारा लेसरचा क्रिया क्षेत्र आहे, ज्यामध्ये उच्च तापमान आणि उच्च वाष्प दाब असतो, तर मागील काठावरील तापमान तुलनेने कमी असते आणि बाष्प दाब लहान असतो. या दाब आणि तापमानाच्या फरकाखाली, वितळलेला द्रव लहान छिद्राभोवती पुढच्या टोकापासून मागच्या टोकापर्यंत वाहतो, लहान छिद्राच्या मागील टोकाला भोवरा बनतो आणि शेवटी मागील काठावर घट्ट होतो. लेसर सिम्युलेशन आणि वास्तविक वेल्डिंगद्वारे प्राप्त केलेल्या कीहोलची गतिशील स्थिती वरील आकृतीमध्ये दर्शविली आहे, लहान छिद्रांचे आकारशास्त्र आणि वेगवेगळ्या वेगाने प्रवासादरम्यान वितळलेल्या द्रवाचा प्रवाह.

लहान छिद्रांच्या उपस्थितीमुळे, लेसर बीमची ऊर्जा सामग्रीच्या आतील भागात प्रवेश करते, ज्यामुळे हे खोल आणि अरुंद वेल्ड सीम तयार होते. लेसर डीप पेनिट्रेशन वेल्ड सीमचे ठराविक क्रॉस-सेक्शनल मॉर्फोलॉजी वरील आकृतीमध्ये दर्शविले आहे. वेल्ड सीमची प्रवेशाची खोली कीहोलच्या खोलीच्या जवळ आहे (अचूकपणे सांगायचे तर, मेटॅलोग्राफिक लेयर कीहोलपेक्षा 60-100um खोल आहे, एक कमी द्रव थर). लेसर उर्जेची घनता जितकी जास्त असेल तितकी लहान छिद्र अधिक खोल असेल आणि वेल्ड सीमची आत प्रवेश करण्याची खोली जास्त असेल. हाय-पॉवर लेसर वेल्डिंगमध्ये, वेल्ड सीमचे कमाल खोली ते रुंदीचे प्रमाण 12:1 पर्यंत पोहोचू शकते.

च्या शोषणाचे विश्लेषणलेसर ऊर्जाकीहोलद्वारे

लहान छिद्रे आणि प्लाझ्मा तयार होण्यापूर्वी, लेसरची ऊर्जा प्रामुख्याने थर्मल वहनातून वर्कपीसच्या आतील भागात प्रसारित केली जाते. वेल्डिंग प्रक्रिया प्रवाहकीय वेल्डिंगशी संबंधित आहे (0.5 मिमी पेक्षा कमी खोलीच्या आत प्रवेश करणे), आणि लेसरच्या सामग्रीचे शोषण दर 25-45% च्या दरम्यान आहे. एकदा की-होल तयार झाल्यानंतर, लेसरची ऊर्जा मुख्यतः कीहोल इफेक्टद्वारे वर्कपीसच्या आतील भागाद्वारे शोषली जाते आणि वेल्डिंग प्रक्रिया खोल प्रवेश वेल्डिंग बनते (0.5 मिमी पेक्षा जास्त प्रवेश खोलीसह), शोषण दर पोहोचू शकतो. 60-90% पेक्षा जास्त.

लेसर वेल्डिंग, कटिंग आणि ड्रिलिंग यांसारख्या प्रक्रियेदरम्यान लेसरचे शोषण वाढवण्यात कीहोल इफेक्ट अत्यंत महत्त्वाची भूमिका बजावते. कीहोलमध्ये प्रवेश करणारी लेसर बीम भोक भिंतीवरील अनेक प्रतिबिंबांद्वारे जवळजवळ पूर्णपणे शोषली जाते.

सामान्यतः असे मानले जाते की कीहोलच्या आत लेसरच्या ऊर्जा शोषण यंत्रणेमध्ये दोन प्रक्रियांचा समावेश होतो: रिव्हर्स शोषण आणि फ्रेस्नेल शोषण.

कीहोलच्या आत दाब संतुलन

लेसर डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग दरम्यान, सामग्रीचे तीव्र बाष्पीभवन होते आणि उच्च-तापमान वाफेमुळे निर्माण होणारा विस्तार दाब द्रव धातू बाहेर टाकतो, लहान छिद्रे तयार करतो. सामग्रीचा बाष्प दाब आणि पृथक्करण दाब (याला बाष्पीभवन प्रतिक्रिया बल किंवा रीकॉइल प्रेशर देखील म्हणतात) व्यतिरिक्त, पृष्ठभागावरील ताण, गुरुत्वाकर्षणामुळे होणारा द्रव स्थिर दाब आणि आत वितळलेल्या पदार्थाच्या प्रवाहामुळे निर्माण होणारा द्रव गतिशील दबाव देखील असतो. लहान छिद्र. या दाबांपैकी, फक्त वाफेचा दाब लहान भोक उघडण्याचे काम करते, तर इतर तीन शक्ती लहान छिद्र बंद करण्याचा प्रयत्न करतात. वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान कीहोलची स्थिरता राखण्यासाठी, कीहोलची दीर्घकालीन स्थिरता राखून, इतर प्रतिकारांवर मात करण्यासाठी आणि समतोल साधण्यासाठी बाष्प दाब पुरेसे असणे आवश्यक आहे. साधेपणासाठी, सामान्यतः असे मानले जाते की कीहोलच्या भिंतीवर कार्य करणारी शक्ती मुख्यतः पृथक्करण दाब (मेटल वाष्प रिकॉल प्रेशर) आणि पृष्ठभागावरील ताण असतात.

कीहोलची अस्थिरता

पार्श्वभूमी: लेसर सामग्रीच्या पृष्ठभागावर कार्य करते, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात धातूचे बाष्पीभवन होते. रिकोइल प्रेशर वितळलेल्या तलावावर दाबते, कीहोल आणि प्लाझ्मा तयार करतात, परिणामी वितळण्याची खोली वाढते. हलवण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान, लेसर कीहोलच्या समोरच्या भिंतीवर आदळतो आणि लेसर ज्या ठिकाणी सामग्रीशी संपर्क साधतो त्या स्थितीमुळे सामग्रीचे तीव्र बाष्पीभवन होते. त्याच वेळी, कीहोलच्या भिंतीला मोठ्या प्रमाणात नुकसान होईल आणि बाष्पीभवनामुळे एक रीकॉइल प्रेशर तयार होईल जो द्रव धातूवर दाबेल, ज्यामुळे कीहोलची आतील भिंत खाली चढते आणि कीहोलच्या तळाशी फिरते. वितळलेल्या तलावाच्या मागे. पुढच्या भिंतीपासून मागच्या भिंतीपर्यंत द्रव वितळलेल्या पूलच्या चढउतारामुळे, कीहोलच्या आतील आवाज सतत बदलत असतो, कीहोलचा अंतर्गत दाब देखील त्यानुसार बदलतो, ज्यामुळे बाहेर फवारलेल्या प्लाझ्माच्या आवाजामध्ये बदल होतो. . प्लाझ्मा व्हॉल्यूममधील बदलामुळे लेसर ऊर्जेचे संरक्षण, अपवर्तन आणि शोषणात बदल होतो, परिणामी लेसरच्या ऊर्जेमध्ये बदल होतो जे सामग्रीच्या पृष्ठभागावर पोहोचते. ही संपूर्ण प्रक्रिया गतिमान आणि नियतकालिक आहे, परिणामी करवतीच्या आकाराचा आणि लहरी धातूचा प्रवेश होतो आणि तेथे गुळगुळीत समान प्रवेश वेल्ड नाही, वरील आकृती वेल्डच्या मध्यभागी एक क्रॉस-सेक्शनल दृश्य आहे जे वेल्डच्या समांतर रेखांशाच्या कटिंगद्वारे प्राप्त होते. वेल्डचे केंद्र, तसेच कीहोलच्या खोलीतील फरकाचे रिअल-टाइम मापनIPG- पुरावा म्हणून एलडीडी.

कीहोलची स्थिरता दिशा सुधारा

लेसर खोल प्रवेश वेल्डिंग दरम्यान, लहान छिद्राची स्थिरता केवळ छिद्राच्या आत असलेल्या विविध दाबांच्या गतिशील संतुलनाद्वारे सुनिश्चित केली जाऊ शकते. तथापि, छिद्राच्या भिंतीद्वारे लेसर उर्जेचे शोषण आणि सामग्रीचे बाष्पीभवन, लहान छिद्राच्या बाहेर धातूची बाष्प बाहेर टाकणे आणि लहान छिद्र आणि वितळलेल्या तलावाची पुढे जाणे या सर्व अतिशय तीव्र आणि जलद प्रक्रिया आहेत. विशिष्ट प्रक्रियेच्या परिस्थितीत, वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान विशिष्ट क्षणी, स्थानिक भागात लहान छिद्राची स्थिरता विस्कळीत होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे वेल्डिंग दोष निर्माण होतात. सर्वात वैशिष्ट्यपूर्ण आणि सामान्य म्हणजे लहान छिद्र प्रकार सच्छिद्रता दोष आणि कीहोल कोसळल्यामुळे उद्भवणारे स्पॅटर;

मग कीहोल स्थिर कसे करावे?

कीहोल फ्लुइडची चढ-उतार तुलनेने जटिल आहे आणि त्यात बरेच घटक समाविष्ट आहेत (तापमान क्षेत्र, प्रवाह क्षेत्र, फोर्स फील्ड, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक भौतिकशास्त्र), ज्याचा सारांश फक्त दोन श्रेणींमध्ये केला जाऊ शकतो: पृष्ठभागावरील ताण आणि धातूच्या बाष्प रीकॉइल दाब यांच्यातील संबंध; धातूच्या बाष्पाचा रिकोइल दाब थेट कीहोलच्या निर्मितीवर कार्य करतो, जो कीहोलच्या खोली आणि आवाजाशी जवळचा संबंध असतो. त्याच वेळी, वेल्डिंग प्रक्रियेत धातूच्या वाफेचा एकमात्र ऊर्ध्वगामी पदार्थ म्हणून, ते स्पॅटरच्या घटनेशी देखील जवळून संबंधित आहे; पृष्ठभागावरील ताण वितळलेल्या पूलच्या प्रवाहावर परिणाम करतो;

त्यामुळे स्थिर लेसर वेल्डिंग प्रक्रिया जास्त चढ-उतार न करता, वितळलेल्या पूलमध्ये पृष्ठभागावरील तणावाचे वितरण ग्रेडियंट राखण्यावर अवलंबून असते. पृष्ठभागावरील ताण तापमान वितरणाशी संबंधित आहे आणि तापमान वितरण उष्णता स्त्रोताशी संबंधित आहे. म्हणून, संयुक्त उष्णता स्त्रोत आणि स्विंग वेल्डिंग स्थिर वेल्डिंग प्रक्रियेसाठी संभाव्य तांत्रिक दिशानिर्देश आहेत;

धातूची वाफ आणि कीहोलच्या व्हॉल्यूमवर प्लाझ्मा प्रभाव आणि कीहोल उघडण्याच्या आकाराकडे लक्ष देणे आवश्यक आहे. उघडणे जितके मोठे असेल तितके मोठे कीहोल आणि मेल्ट पूलच्या तळाच्या बिंदूमध्ये नगण्य चढ-उतार, ज्याचा एकूण कीहोलच्या आवाजावर आणि अंतर्गत दाब बदलांवर तुलनेने कमी परिणाम होतो; त्यामुळे समायोज्य रिंग मोड लेसर (कणकणाकृती स्पॉट), लेसर आर्क रीकॉम्बिनेशन, फ्रिक्वेन्सी मॉड्युलेशन, इत्यादी सर्व दिशानिर्देश आहेत ज्यांचा विस्तार केला जाऊ शकतो.