Laser Material Interaction - Keyhole Effect

Mapangidwe ndi kukula kwa ma keyholes:

 

Tanthauzo la Keyhole: Pamene kuwala kwa ma radiation kuli kwakukulu kuposa 10 ^ 6W/cm ^ 2, pamwamba pa zinthuzo zimasungunuka ndikusanduka nthunzi pansi pa laser.Pamene evaporation liwiro lalikulu mokwanira, ndi kwaiye nthunzi recoil kuthamanga ndi wokwanira kugonjetsa mavuto padziko ndi madzi mphamvu yokoka a madzi zitsulo, potero displaceing ena amadzimadzi zitsulo, kuchititsa dziwe losungunuka pa zone excitation kumira ndi kupanga maenje ang'onoang'ono. ;Kuwala kwa kuwala kumagwira ntchito pansi pa dzenje laling'ono, zomwe zimapangitsa kuti chitsulocho chisungunuke ndi kusungunuka.Mpweya wothamanga kwambiri ukupitiriza kukakamiza zitsulo zamadzimadzi zomwe zili pansi pa dzenje kuti ziyendere kumphepete mwa dziwe losungunuka, kukulitsa kabowo kakang'ono.Njirayi ikupitirirabe, potsirizira pake kupanga bowo lachinsinsi ngati dzenje lazitsulo zamadzimadzi.Kuthamanga kwa nthunzi wachitsulo kopangidwa ndi mtengo wa laser mu dzenje laling'ono kukafika pamlingo wofanana ndi kugwedezeka kwapamadzi ndi mphamvu yokoka yachitsulo chamadzimadzi, dzenje laling'ono silimazamanso ndikupanga dzenje lakuya lokhazikika, lomwe limatchedwa "bowo laling'ono" .

Pamene mtengo wa laser ukuyenda molingana ndi chogwirira ntchito, kabowo kakang'ono kamakhala kokhotakhota kumbuyo pang'ono ndi makona atatu opindika kumbuyo.Mphepete mwa dzenje laling'ono ndi malo ochitirako laser, ndi kutentha kwakukulu komanso kuthamanga kwa nthunzi, pamene kutentha m'mphepete mwa kumbuyo kumakhala kochepa kwambiri komanso kupanikizika kwa nthunzi kumakhala kochepa.Pansi pa kupsyinjika kumeneku ndi kusiyana kwa kutentha, madzi osungunuka amayenda mozungulira dzenje laling'ono kuchokera kutsogolo kupita kumbuyo, kupanga vortex kumapeto kwa dzenje laling'ono, ndipo potsirizira pake amakhazikika kumbuyo kwa mphepete.The zazikulu mkhalidwe wa keyhole anapezedwa mwa laser kayeseleledwe ndi kuwotcherera kwenikweni zikusonyezedwa mu chithunzi pamwambapa, The morphology wa mabowo ang'onoang'ono ndi otaya ozungulira madzi osungunuka pa ulendo pa liwiro losiyana.

Chifukwa cha kukhalapo kwa mabowo ang'onoang'ono, mphamvu ya laser imalowa mkati mwazinthu, ndikupanga msoko wakuya komanso wopapatiza.Momwemonso mawonekedwe amtundu wamtundu wa laser deep kulowa weld seam akuwonetsedwa pamwambapa.Kuzama kolowera kwa msoko wowotcherera kumayandikira kuya kwa bowo la keyhole (kunena zowona, wosanjikiza wa metallographic ndi 60-100um wakuya kuposa chibowo cha keyhole, wosanjikiza umodzi wochepa wamadzi).Kukwera kwa kachulukidwe ka mphamvu ya laser, kuzama kwa dzenje laling'ono, komanso kuzama kwa msoko wa weld.Mu kuwotcherera kwamphamvu kwambiri kwa laser, kuzama kwakukulu mpaka m'lifupi chiŵerengero cha msoko wa weld kumatha kufika 12: 1.

Kusanthula mayamwidwe alaser mphamvupa keyhole

Asanapangidwe mabowo ang'onoang'ono ndi madzi a m'magazi, mphamvu ya laser imafalitsidwa makamaka mkati mwa workpiece kudzera mu conduction matenthedwe.The kuwotcherera ndondomeko ndi wa conductive kuwotcherera (ndi kuzama kulowa zosakwana 0.5mm), ndi zinthu mayamwidwe mlingo wa laser pakati 25-45%.Pamene keyhole aumbike, mphamvu ya laser makamaka otengeka ndi mkati mwa workpiece kudzera keyhole zotsatira, ndi kuwotcherera ndondomeko amakhala zozama kulowa kuwotcherera (ndi malo akuya oposa 0.5mm), mlingo mayamwidwe akhoza kufika. pafupifupi 60-90%.

Mphamvu ya keyhole imakhala ndi gawo lofunikira kwambiri pakukulitsa kuyamwa kwa laser pakukonza monga kuwotcherera laser, kudula, ndi kubowola.Mtsinje wa laser womwe umalowa m'bowo la keyhole umakhala pafupifupi wokhazikika kudzera pamawonekedwe angapo kuchokera pakhoma la dzenje.

Nthawi zambiri amakhulupirira kuti mphamvu yamayamwidwe a laser mkati mwa keyhole imaphatikizapo njira ziwiri: reverse mayamwidwe ndi Fresnel mayamwidwe.

Kuthamanga kwapakati mkati mwa keyhole

Pa laser kwambiri malowedwe kuwotcherera, zinthu akukumana kwambiri vaporization, ndi kuthamanga kwaiye opangidwa ndi mkulu-kutentha nthunzi amathamangitsa madzi zitsulo, kupanga mabowo ang'onoang'ono.Kuphatikiza pa kuthamanga kwa nthunzi ndi kutulutsa mpweya (wotchedwanso evaporation reaction force kapena recoil pressure) wa zinthuzo, palinso kupanikizika kwapamtunda, kuthamanga kwamadzimadzi komwe kumachitika chifukwa cha mphamvu yokoka, komanso kuthamanga kwamadzimadzi komwe kumapangidwa ndi kutuluka kwa zinthu zosungunuka mkati mwa dzenje laling'ono.Pakati pa zovuta izi, kuthamanga kwa nthunzi kokha kumasunga kutsegula kwa dzenje laling'ono, pamene mphamvu zina zitatu zimayesetsa kutseka dzenje laling'ono.Kusunga bata la keyhole panthawi yowotcherera, mpweya wa nthunzi uyenera kukhala wokwanira kuti ugonjetse kukana kwina ndi kukwaniritsa kufanana, kusunga kukhazikika kwa nthawi yayitali kwa keyhole.Kuti zikhale zosavuta, nthawi zambiri amakhulupirira kuti mphamvu zomwe zimagwira pakhoma la keyhole ndizovuta kwambiri za ablation (kuthamanga kwachitsulo cha vapor recoil) ndi kugwedezeka kwapansi.

Kusakhazikika kwa Keyhole

 

Zoyambira: Laser imagwira ntchito pamwamba pa zinthu, zomwe zimapangitsa kuti zitsulo zambiri zisamasefuke.Kupanikizika kwa recoil kumatsika padziwe losungunuka, kupanga ma keyholes ndi plasma, zomwe zimapangitsa kuti kusungunuka kwakuya kuchuluke.Panthawi yosuntha, laser imagunda kukhoma lakutsogolo kwa bowo la keyhole, ndipo malo omwe laser amalumikizana ndi zinthuzo amachititsa kuti zinthuzo ziwonongeke.Panthawi imodzimodziyo, khoma la keyhole lidzatayika kwambiri, ndipo kutuluka kwa madzi kumapanga mphamvu yowonongeka yomwe idzakankhira pansi pazitsulo zamadzimadzi, zomwe zimapangitsa kuti khoma lamkati la bowo la keyhole lisunthike pansi ndikuzungulira pansi pa bowo la keyhole kupita ku chitseko. kumbuyo kwa dziwe losungunuka.Chifukwa cha kusinthasintha kwa dziwe losungunuka lamadzimadzi kuchokera kukhoma lakutsogolo kupita ku khoma lakumbuyo, voliyumu mkati mwa bowo la keyhole ikusintha mosalekeza, Kuthamanga kwamkati kwa bowo la keyhole kumasinthanso molingana, zomwe zimabweretsa kusintha kwa kuchuluka kwa plasma yopopera. .Kusintha kwa voliyumu ya plasma kumabweretsa kusintha kwa chitetezo, kusinthika, ndi kuyamwa kwa mphamvu ya laser, zomwe zimapangitsa kusintha kwa mphamvu ya laser yomwe imafika pamtunda.Njira yonseyi ndi yamphamvu komanso yanthawi zonse, yomwe imachititsa kuti kulowetsedwa kwachitsulo chowoneka bwino komanso kozungulira, ndipo palibe yosalala yofanana yowotcherera, yomwe ili pamwambapa ndi mawonekedwe apakati a weld omwe amapezedwa ndi kudula kotalika kofanana ndi pakati pa weld, komanso muyeso weniweni wa kusintha kwakuya kwa keyhole ndiIPG-LDD monga umboni.

Limbikitsani kukhazikika kwa bowo la kiyi

Pa kuwotcherera kwa laser mozama, kukhazikika kwa dzenje laling'ono kumatha kutsimikiziridwa ndi kusinthasintha kwamphamvu kwa zovuta zosiyanasiyana mkati mwa dzenje.Komabe, kuyamwa kwa mphamvu ya laser ndi khoma la dzenje ndi kutuluka kwa zinthu, kutulutsa mpweya wachitsulo kunja kwa dzenje laling'ono, ndikuyenda kutsogolo kwa dzenje laling'ono ndi dziwe losungunuka zonse ndizochita kwambiri komanso zachangu.Pazinthu zina za ndondomeko, nthawi zina panthawi yowotcherera, pali mwayi woti kukhazikika kwa dzenje laling'ono kungasokonezedwe m'madera akumidzi, zomwe zimapangitsa kuti pakhale zolakwika.Zomwe zimawonekera komanso zofala ndizowonongeka kwamtundu wa pore ndi spatter chifukwa cha kugwa kwa keyhole;

Ndiye mungakhazikitse bwanji bowo la keyhole?

Kusinthasintha kwamadzimadzi a keyhole kumakhala kovuta kwambiri ndipo kumaphatikizapo zinthu zambiri (kutentha, malo othamanga, malo okakamiza, optoelectronic physics), zomwe zingathe kufotokozedwa mwachidule m'magulu awiri: mgwirizano pakati pa kugwedezeka kwa pamwamba ndi kupanikizika kwa nthunzi yachitsulo;Kuthamanga kwa mpweya wachitsulo kumachita mwachindunji m'badwo wa ma keyholes, omwe amagwirizana kwambiri ndi kuya ndi kuchuluka kwa ma keyholes.Panthawi imodzimodziyo, monga chinthu chokhacho chokwera pamwamba cha nthunzi yachitsulo mu ndondomeko yowotcherera, imakhalanso yogwirizana kwambiri ndi zochitika za spatter;Kuvuta kwa pamwamba kumakhudza kuyenda kwa dziwe losungunuka;

Chifukwa chake kukhazikika kwa kuwotcherera kwa laser kumadalira kusunga kugawanika kwa kugwedezeka kwapamadzi mu dziwe losungunuka, popanda kusinthasintha kwambiri.Kuthamanga kwapamwamba kumayenderana ndi kugawa kwa kutentha, ndipo kugawa kwa kutentha kumagwirizana ndi gwero la kutentha.Choncho, gulu kutentha gwero ndi kuwotcherera kugwedezeka ndi kuthekera luso malangizo kwa ndondomeko khola kuwotcherera;

Mpweya wachitsulo ndi voliyumu ya keyhole iyenera kulabadira momwe plasma imakhudzira komanso kukula kwa makiyi otsegulira.Kutsegulira kwakukulu, kukulira kwa bowo la kiyi, ndi kusinthasintha kosawerengeka pansi pa dziwe losungunuka, zomwe zimakhudza pang'ono pa voliyumu yonse ya keyhole ndi kusintha kwa mkati;Chifukwa chake chosinthika cha ring mode laser (annular spot), laser arc recombination, frequency modulation, etc. ndi mbali zonse zomwe zitha kukulitsidwa.

 


Nthawi yotumiza: Dec-01-2023