Interaktioun mat Lasermaterial – Schlëssellacheffekt

D'Bildung an d'Entwécklung vu Schlëssellächer:

Schlëssellach Definitioun: Wann d'Stralungsintensitéit méi grouss wéi 10 ^ 6W/cm ^ 2 ass, schmëlzt a verdampft d'Uewerfläch vum Material ënner der Wierkung vum Laser. Wann d'Verdampfungsgeschwindegkeet grouss genuch ass, ass den generéierte Dampdrock genuch fir d'Uewerflächespannung an d'Flëssegkeetsschwéierkraaft vum flëssege Metall ze iwwerwannen, wouduerch en Deel vum flëssege Metall verdrängt gëtt, wouduerch de geschmollte Pool an der Anregungszon ënnergeet a kleng Lächer bildt; De Liichtstrahl wierkt direkt op de Buedem vum klenge Lach, wouduerch de Metall weider schmëlzt a vergast gëtt. Héichdrockdamp forcéiert weider de flëssege Metall um Buedem vum Lach, Richtung Peripherie vum geschmollte Pool ze fléissen, wouduerch dat klengt Lach weider verdéift gëtt. Dëse Prozess geet weider a schliisslech entsteet e schlëssellachähnlecht Lach am flëssege Metall. Wann den Metalldampdrock, deen vum Laserstrahl am klenge Lach generéiert gëtt, e Gläichgewiicht mat der Uewerflächespannung an der Schwéierkraaft vum flëssege Metall erreecht, verdéift dat klengt Lach net méi a bildt e klengt déiftstabilt Lach, wat als "Lacheffekt" bezeechent gëtt.

Wann de Laserstrahl sech relativ zum Werkstéck beweegt, weist dat klengt Lach eng liicht no hannen gebéit Front an en däitlech geneigten ëmgedréinten Dräieck um Réck. De viischten Rand vum klenge Lach ass den Aktiounsberäich vum Laser, mat héijer Temperatur an héijem Dampdrock, während d'Temperatur laanscht den hënneschte Rand relativ niddreg ass an den Dampdrock kleng ass. Ënnert dësem Drock- an Temperaturënnerscheed fléisst déi geschmollte Flëssegkeet ëm dat klengt Lach vum viischten Enn bis zum hënneschten Enn, bildt e Wirbel um hënneschten Enn vum klenge Lach, a verfestigt schliisslech um hënneschte Rand. Den dynameschen Zoustand vum Schlëssellach, deen duerch Lasersimulatioun an tatsächlecht Schweessen kritt gëtt, gëtt an der uewe genannter Figur gewisen, D'Morphologie vu klenge Lächer an de Floss vun der ëmleiender geschmollte Flëssegkeet beim Fortbeweegen mat verschiddene Geschwindegkeeten.

Wéinst der Präsenz vu klenge Lächer penetréiert d'Laserstralenergie an d'Innere vum Material a bildt dës déif a schmuel Schweessnaht. Déi typesch Querschnittsmorphologie vun der Laserdéifpenetratiounsschweessnaht gëtt an der uewe genannter Figur gewisen. D'Penetratiounsdéift vun der Schweessnaht ass no bei der Déift vum Schlëssellach (fir genee ze sinn, d'metallographesch Schicht ass 60-100 µm méi déif wéi d'Schleisslach, eng flësseg Schicht manner). Wat méi héich d'Laserenergiedichte ass, wat méi déif dat klengt Lach ass, an wat méi grouss d'Penetratiounsdéift vun der Schweessnaht ass. Beim Héichleistungslaserschweißen kann dat maximalt Déift-Breet-Verhältnes vun der Schweessnaht 12:1 erreechen.

Analyse vun der Absorptioun vunLaserenergieduerch Schlëssellach

Virun der Bildung vu klenge Lächer a Plasma gëtt d'Energie vum Laser haaptsächlech duerch Wärmeleitung an d'Innere vum Werkstéck iwwerdroen. De Schweessprozess gehéiert zum konduktiven Schweessen (mat enger Duerchdringungsdéift vu manner wéi 0,5 mm), an d'Absorptiounsquote vum Material vum Laser läit tëscht 25-45%. Soubal d'Schlëssellach geformt ass, gëtt d'Energie vum Laser haaptsächlech vum Innere vum Werkstéck duerch de Schlëssellach-Effekt absorbéiert, an de Schweessprozess gëtt zu Déifduerchdringungsschweessen (mat enger Duerchdringungsdéift vu méi wéi 0,5 mm). D'Absorptiounsquote kann iwwer 60-90% erreechen.

De Schlëssellach-Effekt spillt eng extrem wichteg Roll bei der Verbesserung vun der Absorptioun vu Laser während der Veraarbechtung wéi Laserschweessen, Schnëtt a Bueren. De Laserstrahl, deen an d'Schlëssellach erakënnt, gëtt bal komplett duerch multiple Reflexiounen vun der Lachwand absorbéiert.

Et gëtt allgemeng ugeholl, datt den Energieabsorptiounsmechanismus vum Laser am Schlëssellach zwéi Prozesser enthält: Réckwärtsabsorptioun a Fresnel-Absorptioun.

Drockgläichgewiicht am Schlëssellach

Beim Laserdéifschweißen ënnergeet d'Material eng staark Verdampfung, an den Expansiounsdrock, deen duerch héichtemperaturéierten Damp generéiert gëtt, dréckt dat flëssegt Metall aus a bildt kleng Lächer. Nieft dem Dampdrock an dem Ablatiounsdrock (och bekannt als Verdampfungsreaktiounskraaft oder Réckschlagdrock) vum Material gëtt et och Uewerflächenspannung, statesche flëssegen Drock, deen duerch d'Schwéierkraaft verursaacht gëtt, an dynameschen Drock, deen duerch de Floss vu geschmolltem Material am klenge Lach generéiert gëtt. Ënnert dësen Drock hält nëmmen den Dampdrock d'Ouverture vum klenge Lach op, während déi aner dräi Kräfte sech beméien, dat klengt Lach zouzemaachen. Fir d'Stabilitéit vum Schlëssellach während dem Schweessprozess ze erhalen, muss den Dampdrock ausreechend sinn, fir aner Widderstänn ze iwwerwannen an e Gläichgewiicht z'erreechen, wouduerch d'laangfristeg Stabilitéit vum Schlëssellach erhale bleift. Fir d'Einfachheet ze garantéieren, gëtt allgemeng ugeholl, datt d'Kräften, déi op d'Schlëssellachwand wierken, haaptsächlech den Ablatiounsdrock (Metalldamp-Réckschlagdrock) an d'Uewerflächenspannung sinn.

Instabilitéit vum Schlëssellach

Hannergrond: De Laser wierkt op d'Uewerfläch vu Materialien a verursaacht datt eng grouss Quantitéit u Metall verdampft. Den Drock vum Réckschlag dréckt op de geschmollte Pool erof, wouduerch Schlëssellächer a Plasma entstinn, wat zu enger Erhéijung vun der Schmelzdéift féiert. Wärend der Bewegung trëfft de Laser op d'Virderwand vum Schlëssellach, an d'Positioun, wou de Laser mam Material a Kontakt kënnt, féiert zu enger staarker Verdampfung vum Material. Gläichzäiteg wäert d'Schlëssellachmauer Masseverloscht erliewen, an d'Verdampfung wäert e Réckschlagdrock bilden, deen op dat flëssegt Metall erofdréckt, wouduerch d'bannenzeg Mauer vum Schlëssellach no ënnen schwankt a sech ëm de Buedem vum Schlëssellach Richtung Réck vum geschmollte Pool beweegt. Wéinst der Schwankung vum flëssege geschmollte Pool vun der Virderwand op d'Réckwand ännert sech de Volumen am Schlëssellach stänneg. Den banneschten Drock vum Schlëssellach ännert sech och deementspriechend, wat zu enger Ännerung vum Volumen vum erausgespritzte Plasma féiert. D'Ännerung vum Plasmavolumen féiert zu Ännerungen an der Ofschiermung, der Refraktioun an der Absorptioun vun der Laserenergie, wat zu Ännerungen an der Energie vum Laser féiert, déi d'Materialuewerfläch erreecht. De ganze Prozess ass dynamesch a periodesch, wat schlussendlech zu enger séizännfërmeger a gewellter Metallpenetratioun féiert, an et gëtt keng glat gläichméisseg Penetratiounsschweißnaht. Déi uewe genannte Figur ass eng Querschnittsvue vum Zentrum vun der Schweißnaht, déi duerch Längsschnëtt parallel zum Zentrum vun der Schweißnaht kritt gëtt, souwéi eng Echtzäitmiessung vun der Variatioun vun der Schlëssellachdéift duerchIPG-LDD als Beweis.

Verbessert d'Stabilitéitsrichtung vum Schlëssellach

Beim Laserdéifschweißen kann d'Stabilitéit vum klenge Lach nëmme duerch dat dynamescht Gläichgewiicht vu verschiddenen Drock am Lach garantéiert ginn. Wéi och ëmmer, d'Absorptioun vun der Laserenergie duerch d'Lachwand an d'Verdampfung vu Materialien, d'Ausstousse vu Metalldamp ausserhalb vum klenge Lach, an d'Virbewegung vum klenge Lach an dem Schmelzbad sinn all ganz intensiv a séier Prozesser. Ënner bestëmmte Prozessbedingungen, zu bestëmmte Momenter während dem Schweessprozess, besteet d'Méiglechkeet, datt d'Stabilitéit vum klenge Lach a lokalen Gebidder gestéiert ka ginn, wat zu Schweessdefekter féiert. Déi typeschst an heefegst sinn Porositéitsdefekter vum klenge Porentyp a Sprëtzer, déi duerch Schlëssellach-Zesummebroch verursaacht ginn;

Wéi kann een also de Schlëssellach stabiliséieren?

D'Schwankung vun der Schlëssellachflëssegkeet ass relativ komplex an involvéiert ze vill Faktoren (Temperaturfeld, Stréimungsfeld, Kraaftfeld, optoelektronesch Physik), déi einfach an zwou Kategorien zesummegefaasst kënne ginn: d'Bezéiung tëscht Uewerflächenspannung an dem Réckschlagdrock vu Metalldamp; De Réckschlagdrock vu Metalldamp wierkt direkt op d'Generatioun vu Schlëssellächer, wat enk mat der Déift a mam Volumen vun de Schlëssellächer zesummenhänkt. Gläichzäiteg, als déi eenzeg no uewe beweeglech Substanz vu Metalldamp am Schweessprozess, ass se och enk mam Optriede vu Sprëtzer zesummenhänken; D'Uewerflächenspannung beaflosst de Stréimung vum Schmelzbad;

E stabile Laserschweissprozess hänkt also vun der Erhaalung vum Verdeelungsgradient vun der Uewerflächespannung am Schmelzbad of, ouni ze vill Schwankungen. D'Uewerflächespannung hänkt vun der Temperaturverdeelung of, an d'Temperaturverdeelung vun der Hëtztquell. Dofir sinn d'Komposit-Hëtzquell an d'Schwingschweissmethod potenziell technesch Richtungen fir e stabile Schweissprozess;

Beim Metalldamp an dem Schlëssellachvolumen muss een op de Plasmaeffekt an d'Gréisst vun der Schlëssellachöffnung oppassen. Wat méi grouss d'Ouverture ass, wat méi grouss d'Schlëssellach ass, an et ginn nëmme vernoléissegbar Schwankungen am ënneschte Punkt vum Schmelzbecken, déi e relativ klengen Afloss op dat gesamt Schlëssellachvolumen an d'intern Drockännerungen hunn; dofir sinn justierbaren Ringmoduslaser (Ringfleck), Laserbogenrekombinatioun, Frequenzmodulatioun, etc. all Richtungen, déi erweidert kënne ginn.