लेजर सामग्री इंटरेक्शन - कीहोल प्रभाव

कीहोल्स का निर्माण और विकास:

कीहोल परिभाषा: जब विकिरण विकिरण 10 ^ 6W/सेमी ^ 2 से अधिक होता है, तो सामग्री की सतह लेजर की क्रिया के तहत पिघल जाती है और वाष्पित हो जाती है। जब वाष्पीकरण की गति काफी बड़ी होती है, तो उत्पन्न वाष्प वापसी दबाव तरल धातु की सतह के तनाव और तरल गुरुत्वाकर्षण पर काबू पाने के लिए पर्याप्त होता है, जिससे कुछ तरल धातु विस्थापित हो जाती है, जिससे उत्तेजना क्षेत्र में पिघला हुआ पूल डूब जाता है और छोटे गड्ढे बन जाते हैं। ; प्रकाश की किरण सीधे छोटे गड्ढे के तल पर कार्य करती है, जिससे धातु और अधिक पिघलती और गैसीकृत होती है। उच्च दबाव वाली भाप गड्ढे के तल पर तरल धातु को पिघले हुए पूल की परिधि की ओर बहने के लिए मजबूर करती रहती है, जिससे छोटा छेद और गहरा हो जाता है। यह प्रक्रिया जारी रहती है, अंततः तरल धातु में कीहोल जैसा छेद बन जाता है। जब छोटे छेद में लेजर बीम द्वारा उत्पन्न धातु वाष्प का दबाव तरल धातु की सतह के तनाव और गुरुत्वाकर्षण के साथ संतुलन तक पहुंच जाता है, तो छोटा छेद गहरा नहीं रह जाता है और गहराई में स्थिर छोटा छेद बनाता है, जिसे "छोटा छेद प्रभाव" कहा जाता है। .

जैसे ही लेज़र बीम वर्कपीस के सापेक्ष चलती है, छोटा छेद थोड़ा पीछे की ओर घुमावदार और पीछे की ओर एक स्पष्ट रूप से झुका हुआ उल्टा त्रिकोण दिखाता है। छोटे छेद का अगला किनारा लेजर का क्रिया क्षेत्र है, जिसमें उच्च तापमान और उच्च वाष्प दबाव होता है, जबकि पीछे के किनारे का तापमान अपेक्षाकृत कम होता है और वाष्प दबाव छोटा होता है। इस दबाव और तापमान अंतर के तहत, पिघला हुआ तरल छोटे छेद के चारों ओर सामने के छोर से पीछे के छोर तक बहता है, छोटे छेद के पिछले छोर पर एक भंवर बनाता है, और अंत में पीछे के किनारे पर जम जाता है। लेजर सिमुलेशन और वास्तविक वेल्डिंग के माध्यम से प्राप्त कीहोल की गतिशील स्थिति को उपरोक्त चित्र में दिखाया गया है, विभिन्न गति से यात्रा के दौरान छोटे छिद्रों की आकृति विज्ञान और आसपास के पिघले हुए तरल का प्रवाह।

छोटे छिद्रों की उपस्थिति के कारण, लेजर बीम ऊर्जा सामग्री के आंतरिक भाग में प्रवेश करती है, जिससे यह गहरा और संकीर्ण वेल्ड सीम बनता है। लेज़र डीप पेनेट्रेशन वेल्ड सीम की विशिष्ट क्रॉस-सेक्शनल आकृति विज्ञान को उपरोक्त चित्र में दिखाया गया है। वेल्ड सीम की प्रवेश गहराई कीहोल की गहराई के करीब है (सटीक होने के लिए, मेटलोग्राफिक परत कीहोल से 60-100um गहरी है, एक कम तरल परत)। लेज़र ऊर्जा घनत्व जितना अधिक होगा, छोटा छेद उतना ही गहरा होगा, और वेल्ड सीम की प्रवेश गहराई उतनी ही अधिक होगी। हाई-पावर लेजर वेल्डिंग में, वेल्ड सीम की अधिकतम गहराई और चौड़ाई का अनुपात 12:1 तक पहुंच सकता है।

के अवशोषण का विश्लेषणलेजर ऊर्जाकीहोल द्वारा

छोटे छिद्रों और प्लाज्मा के निर्माण से पहले, लेजर की ऊर्जा मुख्य रूप से थर्मल चालन के माध्यम से वर्कपीस के आंतरिक भाग में संचारित होती है। वेल्डिंग प्रक्रिया प्रवाहकीय वेल्डिंग (0.5 मिमी से कम की प्रवेश गहराई के साथ) से संबंधित है, और लेजर की सामग्री की अवशोषण दर 25-45% के बीच है। एक बार कीहोल बनने के बाद, लेजर की ऊर्जा मुख्य रूप से कीहोल प्रभाव के माध्यम से वर्कपीस के इंटीरियर द्वारा अवशोषित होती है, और वेल्डिंग प्रक्रिया गहरी प्रवेश वेल्डिंग (0.5 मिमी से अधिक की प्रवेश गहराई के साथ) बन जाती है, अवशोषण दर तक पहुंच सकती है 60-90% से अधिक।

लेजर वेल्डिंग, कटिंग और ड्रिलिंग जैसे प्रसंस्करण के दौरान लेजर के अवशोषण को बढ़ाने में कीहोल प्रभाव अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कीहोल में प्रवेश करने वाली लेजर किरण छेद की दीवार से कई प्रतिबिंबों के माध्यम से लगभग पूरी तरह से अवशोषित हो जाती है।

आमतौर पर यह माना जाता है कि कीहोल के अंदर लेजर के ऊर्जा अवशोषण तंत्र में दो प्रक्रियाएं शामिल हैं: रिवर्स अवशोषण और फ्रेस्नेल अवशोषण।

कीहोल के अंदर दबाव संतुलन

लेजर डीप पेनेट्रेशन वेल्डिंग के दौरान, सामग्री गंभीर वाष्पीकरण से गुजरती है, और उच्च तापमान वाली भाप द्वारा उत्पन्न विस्तार दबाव तरल धातु को बाहर निकाल देता है, जिससे छोटे छेद बन जाते हैं। सामग्री के वाष्प दबाव और अपस्फीति दबाव (जिसे वाष्पीकरण प्रतिक्रिया बल या रिकॉइल दबाव के रूप में भी जाना जाता है) के अलावा, सतह तनाव, गुरुत्वाकर्षण के कारण तरल स्थैतिक दबाव और अंदर पिघली हुई सामग्री के प्रवाह से उत्पन्न द्रव गतिशील दबाव भी होता है। छोटा छेद. इन दबावों में से केवल भाप का दबाव ही छोटे छेद को खुला रखता है, जबकि अन्य तीन बल छोटे छेद को बंद करने का प्रयास करते हैं। वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान कीहोल की स्थिरता बनाए रखने के लिए, वाष्प का दबाव अन्य प्रतिरोधों को दूर करने और संतुलन प्राप्त करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए, जिससे कीहोल की दीर्घकालिक स्थिरता बनी रहे। सरलता के लिए, आमतौर पर यह माना जाता है कि कीहोल दीवार पर कार्य करने वाले बल मुख्य रूप से अपस्फीति दबाव (धातु वाष्प पुनरावृत्ति दबाव) और सतह तनाव हैं।

कीहोल की अस्थिरता

पृष्ठभूमि: लेजर सामग्री की सतह पर कार्य करता है, जिससे बड़ी मात्रा में धातु वाष्पित हो जाती है। रिकॉइल दबाव पिघले हुए पूल पर दबाव डालता है, जिससे कीहोल और प्लाज़्मा बनते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पिघलने की गहराई में वृद्धि होती है। चलने की प्रक्रिया के दौरान, लेजर कीहोल की सामने की दीवार से टकराता है, और वह स्थिति जहां लेजर सामग्री से संपर्क करता है, सामग्री के गंभीर वाष्पीकरण का कारण बनेगा। उसी समय, कीहोल दीवार में बड़े पैमाने पर नुकसान का अनुभव होगा, और वाष्पीकरण एक पुनरावृत्ति दबाव बनाएगा जो तरल धातु पर दबाव डालेगा, जिससे कीहोल की आंतरिक दीवार नीचे की ओर उतार-चढ़ाव करेगी और कीहोल के नीचे की ओर घूम जाएगी। पिघले हुए पूल के पीछे. सामने की दीवार से पीछे की दीवार तक तरल पिघले हुए पूल के उतार-चढ़ाव के कारण, कीहोल के अंदर की मात्रा लगातार बदल रही है, कीहोल का आंतरिक दबाव भी तदनुसार बदलता रहता है, जिससे बाहर निकलने वाले प्लाज्मा की मात्रा में बदलाव होता है। . प्लाज्मा की मात्रा में परिवर्तन से लेजर ऊर्जा के परिरक्षण, अपवर्तन और अवशोषण में परिवर्तन होता है, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री की सतह तक पहुंचने वाली लेजर की ऊर्जा में परिवर्तन होता है। पूरी प्रक्रिया गतिशील और आवधिक होती है, जिसके परिणामस्वरूप अंतत: आरी के आकार का और लहरदार धातु प्रवेश होता है, और कोई चिकनी समान प्रवेश वेल्ड नहीं होती है, उपरोक्त चित्र वेल्ड के केंद्र का एक क्रॉस-अनुभागीय दृश्य है जो अनुदैर्ध्य काटने के समानांतर प्राप्त होता है वेल्ड का केंद्र, साथ ही कीहोल गहराई भिन्नता का वास्तविक समय मापआईपीजी-एलडीडी साक्ष्य के रूप में।

कीहोल की स्थिरता दिशा में सुधार करें

लेजर गहरी पैठ वेल्डिंग के दौरान, छोटे छेद की स्थिरता केवल छेद के अंदर विभिन्न दबावों के गतिशील संतुलन द्वारा सुनिश्चित की जा सकती है। हालाँकि, छेद की दीवार द्वारा लेजर ऊर्जा का अवशोषण और सामग्रियों का वाष्पीकरण, छोटे छेद के बाहर धातु वाष्प का निष्कासन, और छोटे छेद और पिघले हुए पूल का आगे बढ़ना सभी बहुत तीव्र और तीव्र प्रक्रियाएं हैं। कुछ प्रक्रिया शर्तों के तहत, वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान कुछ क्षणों में, ऐसी संभावना होती है कि स्थानीय क्षेत्रों में छोटे छेद की स्थिरता बाधित हो सकती है, जिससे वेल्डिंग दोष हो सकता है। सबसे विशिष्ट और आम हैं छोटे छिद्र प्रकार के सरंध्रता दोष और कीहोल ढहने के कारण होने वाले छींटे;

तो कीहोल को स्थिर कैसे करें?

कीहोल द्रव का उतार-चढ़ाव अपेक्षाकृत जटिल है और इसमें बहुत सारे कारक शामिल हैं (तापमान क्षेत्र, प्रवाह क्षेत्र, बल क्षेत्र, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक भौतिकी), जिसे आसानी से दो श्रेणियों में संक्षेपित किया जा सकता है: सतह तनाव और धातु वाष्प वापसी दबाव के बीच संबंध; धातु वाष्प का रिकॉइल दबाव सीधे कीहोल की पीढ़ी पर कार्य करता है, जो कीहोल की गहराई और मात्रा से निकटता से संबंधित है। साथ ही, वेल्डिंग प्रक्रिया में धातु वाष्प के एकमात्र ऊपर की ओर बढ़ने वाले पदार्थ के रूप में, यह छींटे की घटना से भी निकटता से संबंधित है; सतह का तनाव पिघले हुए पूल के प्रवाह को प्रभावित करता है;

इसलिए स्थिर लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया बहुत अधिक उतार-चढ़ाव के बिना, पिघले हुए पूल में सतह तनाव के वितरण ढाल को बनाए रखने पर निर्भर करती है। सतह तनाव तापमान वितरण से संबंधित है, और तापमान वितरण ताप स्रोत से संबंधित है। इसलिए, समग्र ताप स्रोत और स्विंग वेल्डिंग स्थिर वेल्डिंग प्रक्रिया के लिए संभावित तकनीकी दिशाएँ हैं;

धातु वाष्प और कीहोल की मात्रा को प्लाज्मा प्रभाव और कीहोल खोलने के आकार पर ध्यान देने की आवश्यकता है। उद्घाटन जितना बड़ा होगा, कीहोल उतना ही बड़ा होगा, और पिघले हुए पूल के निचले बिंदु में नगण्य उतार-चढ़ाव होगा, जिसका समग्र कीहोल मात्रा और आंतरिक दबाव परिवर्तनों पर अपेक्षाकृत कम प्रभाव पड़ेगा; तो समायोज्य रिंग मोड लेजर (कुंडलाकार स्पॉट), लेजर आर्क पुनर्संयोजन, आवृत्ति मॉड्यूलेशन, आदि सभी दिशाएं हैं जिनका विस्तार किया जा सकता है।