A furmazione è u sviluppu di i buchi di serratura:
Definizione di u bucu di serratura: Quandu l'irradiazione di a radiazione hè più grande di 10 ^ 6W/cm ^ 2, a superficia di u materiale si fonde è evapora sottu l'azione di u laser. Quandu a velocità di evaporazione hè abbastanza grande, a pressione di rinculu di vapore generata hè sufficiente per superà a tensione superficiale è a gravità liquida di u metallu liquidu, spiazzendu cusì una parte di u metallu liquidu, pruvucendu l'affundamentu di u bagnu fusu in a zona di eccitazione è a furmazione di picculi fossi; U fasciu di luce agisce direttamente nantu à u fondu di u picculu fossa, pruvucendu a fusione è a gasificazione di u metallu. U vapore à alta pressione cuntinueghja à furzà u metallu liquidu in u fondu di u fossa à scorrere versu a periferia di u bagnu fusu, approfondendu ulteriormente u picculu foru. Stu prucessu cuntinueghja, furmendu infine un foru simile à un bucu di serratura in u metallu liquidu. Quandu a pressione di vapore metallicu generata da u fasciu laser in u picculu foru ghjunghje à l'equilibriu cù a tensione superficiale è a gravità di u metallu liquidu, u picculu foru ùn si approfonde più è forma un picculu foru stabile in prufundità, chì hè chjamatu "effettu di picculu foru".
Mentre u raghju laser si move in relazione à a pezza, u picculu foru mostra una parte anteriore ligeramente curva in daretu è un triangulu inversu chjaramente inclinatu in daretu. U bordu anteriore di u picculu foru hè a zona d'azione di u laser, cù alta temperatura è alta pressione di vapore, mentre chì a temperatura longu u bordu posteriore hè relativamente bassa è a pressione di vapore hè chjuca. Sottu à sta differenza di pressione è temperatura, u liquidu fusu scorre intornu à u picculu foru da a parte anteriore à a parte posteriore, furmendu un vortice à a parte posteriore di u picculu foru, è infine si solidifica à a parte posteriore. U statu dinamicu di u foru di serratura ottenutu per mezu di a simulazione laser è di a saldatura attuale hè mostratu in a figura sopra, A morfologia di i picculi fori è u flussu di u liquidu fusu circundante durante u viaghju à diverse velocità.
A causa di a presenza di picculi fori, l'energia di u raghju laser penetra in l'internu di u materiale, furmendu sta saldatura prufonda è stretta. A morfologia tipica di a sezione trasversale di a saldatura à penetrazione prufonda laser hè mostrata in a figura sopra. A prufundità di penetrazione di a saldatura hè vicina à a prufundità di u bucu di serratura (per esse precisi, u stratu metallograficu hè 60-100 um più prufondu di u bucu di serratura, un stratu liquidu in menu). Più alta hè a densità di l'energia laser, più prufondu hè u picculu foru, è più grande hè a prufundità di penetrazione di a saldatura. In a saldatura laser d'alta putenza, u rapportu prufundità massima à larghezza di a saldatura pò ghjunghje à 12: 1.
Analisi di l'assorbimentu dienergia laserper bucu di serratura
Prima di a furmazione di picculi fori è plasma, l'energia di u laser hè trasmessa principalmente à l'internu di a pezza per via di a conduzione termica. U prucessu di saldatura appartene à a saldatura conduttiva (cù una prufundità di penetrazione inferiore à 0,5 mm), è u tassu d'assorbimentu di u laser da u materiale hè trà 25-45%. Una volta chì u foru di serratura hè furmatu, l'energia di u laser hè assorbita principalmente da l'internu di a pezza per via di l'effettu foru di serratura, è u prucessu di saldatura diventa saldatura à penetrazione prufonda (cù una prufundità di penetrazione superiore à 0,5 mm). U tassu d'assorbimentu pò ghjunghje à più di 60-90%.
L'effettu di u bucu di serratura ghjoca un rollu estremamente impurtante in u miglioramentu di l'assorbimentu di u laser durante a trasfurmazione cum'è a saldatura laser, u tagliu è a perforazione. U raghju laser chì entra in u bucu di serratura hè guasi cumpletamente assorbitu per via di riflessioni multiple da u muru di u bucu.
Si crede generalmente chì u mecanismu d'assorbimentu d'energia di u laser in u bucu di a serratura include dui prucessi: l'assorbimentu inversu è l'assorbimentu di Fresnel.
Equilibriu di pressione in u bucu di a serratura
Durante a saldatura à penetrazione prufonda cù laser, u materiale subisce una vaporizazione severa, è a pressione di espansione generata da u vapore à alta temperatura espelle u metallu liquidu, furmendu picculi fori. In più di a pressione di vapore è a pressione di ablazione (cunnisciuta ancu cum'è forza di reazione di evaporazione o pressione di rinculu) di u materiale, ci sò ancu a tensione superficiale, a pressione statica di u liquidu causata da a gravità, è a pressione dinamica di u fluidu generata da u flussu di materiale fusu in u picculu foru. Trà queste pressioni, solu a pressione di vapore mantene l'apertura di u picculu foru, mentre chì l'altre trè forze si sforzanu di chjude u picculu foru. Per mantene a stabilità di u foru di serratura durante u prucessu di saldatura, a pressione di vapore deve esse sufficiente per superà altre resistenze è ottene l'equilibriu, mantenendu a stabilità à longu andà di u foru di serratura. Per simplicità, si crede generalmente chì e forze chì agiscenu nantu à u muru di u foru di serratura sò principalmente a pressione di ablazione (pressione di rinculu di u vapore metallicu) è a tensione superficiale.
Instabilità di u bucu di a serratura
Sfondate: U laser agisce nantu à a superficia di i materiali, pruvucendu l'evaporazione di una grande quantità di metallu. A pressione di rinculu preme nantu à u bagnu fusu, furmendu buchi di serratura è plasma, risultendu in un aumentu di a prufundità di fusione. Durante u prucessu di muvimentu, u laser colpisce a parete frontale di u bucu di serratura, è a pusizione induve u laser cuntatta u materiale pruvucarà una forte evaporazione di u materiale. À u listessu tempu, a parete di u bucu di serratura sperimenterà una perdita di massa, è l'evaporazione formerà una pressione di rinculu chì premerà nantu à u metallu liquidu, pruvucendu chì a parete interna di u bucu di serratura fluttui in giù è si mova intornu à u fondu di u bucu di serratura versu u fondu di u bagnu fusu. A causa di a fluttuazione di u bagnu fusu liquidu da a parete frontale à a parete posteriore, u vulume in u bucu di serratura cambia constantemente, A pressione interna di u bucu di serratura cambia ancu di cunseguenza, ciò chì porta à un cambiamentu in u vulume di u plasma spruzzatu. U cambiamentu di u vulume di plasma porta à cambiamenti in a schermatura, a rifrazione è l'assorbimentu di l'energia laser, risultendu in cambiamenti in l'energia di u laser chì ghjunghje à a superficia di u materiale. Tuttu u prucessu hè dinamicu è periodicu, risultendu infine in una penetrazione di metallu in forma di dente di sega è ondulata, è ùn ci hè micca una saldatura di penetrazione uguale liscia. A figura sopra hè una vista in sezione trasversale di u centru di a saldatura ottenuta da un tagliu longitudinale parallelu à u centru di a saldatura, è ancu una misurazione in tempu reale di a variazione di a prufundità di u foru di serratura daIPG-LDD cum'è prova.
Migliurà a direzzione di stabilità di u bucu di serratura
Durante a saldatura à penetrazione prufonda cù laser, a stabilità di u picculu foru pò esse assicurata solu da l'equilibriu dinamicu di e diverse pressioni in l'internu di u foru. Tuttavia, l'assorbimentu di l'energia laser da a parete di u foru è l'evaporazione di i materiali, l'espulsione di vapore metallicu fora di u picculu foru, è u muvimentu in avanti di u picculu foru è di u bagnu fusu sò tutti prucessi assai intensi è rapidi. In certe cundizioni di prucessu, in certi mumenti durante u prucessu di saldatura, ci hè a pussibilità chì a stabilità di u picculu foru sia interrotta in zone lucali, purtendu à difetti di saldatura. I più tipici è cumuni sò i difetti di porosità di tipu à pori chjuchi è i spruzzi causati da u crollu di u foru di serratura;
Allora, cumu stabilizà u pirtusu di a serratura?
A fluttuazione di u fluidu di i fori di serratura hè relativamente cumplessa è implica troppu fattori (campu di temperatura, campu di flussu, campu di forza, fisica optoelettronica), chì ponu esse simpliciamente riassunti in duie categurie: a relazione trà a tensione superficiale è a pressione di rinculu di u vapore metallicu; A pressione di rinculu di u vapore metallicu agisce direttamente nantu à a generazione di fori di serratura, chì hè strettamente ligata à a prufundità è à u vulume di i fori di serratura. À u listessu tempu, cum'è l'unica sustanza chì si move versu l'altu di u vapore metallicu in u prucessu di saldatura, hè ancu strettamente ligata à l'apparizione di spruzzi; A tensione superficiale influenza u flussu di u bagnu fusu;
Cusì, un prucessu di saldatura laser stabile dipende da u mantenimentu di u gradiente di distribuzione di a tensione superficiale in u bagnu fusu, senza troppu fluttuazioni. A tensione superficiale hè ligata à a distribuzione di a temperatura, è a distribuzione di a temperatura hè ligata à a fonte di calore. Dunque, a fonte di calore cumposta è a saldatura à oscillazione sò direzzioni tecniche potenziali per un prucessu di saldatura stabile;
U vapore metallicu è u vulume di u bucu di serratura devenu fà attenzione à l'effettu plasma è à a dimensione di l'apertura di u bucu di serratura. Più grande hè l'apertura, più grande hè u bucu di serratura, è e fluttuazioni trascurabili in u puntu inferiore di a piscina di fusione, chì anu un impattu relativamente chjucu nantu à u vulume generale di u bucu di serratura è i cambiamenti di pressione interna; Cusì, u laser in modu anellu regulabile (spot anulare), a ricombinazione di l'arcu laser, a modulazione di frequenza, ecc. sò tutte direzzioni chì ponu esse espanse.
Data di publicazione: 01 dicembre 2023
