ലേസർ മെറ്റീരിയൽ ഇടപെടൽ - കീഹോൾ പ്രഭാവം

കീഹോളുകളുടെ രൂപീകരണവും വികാസവും:

കീഹോൾ നിർവ്വചനം: റേഡിയേഷൻ വികിരണം 10 ^ 6W/cm ^ 2-ൽ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, ലേസറിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ഉപരിതലം ഉരുകുകയും ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ബാഷ്പീകരണ വേഗത ആവശ്യത്തിന് വലുതായിരിക്കുമ്പോൾ, ദ്രാവക ലോഹത്തിൻ്റെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കത്തെയും ദ്രവ ഗുരുത്വാകർഷണത്തെയും മറികടക്കാൻ ജനറേറ്റ് ചെയ്യപ്പെടുന്ന നീരാവി റീകോയിൽ മർദ്ദം മതിയാകും, അതുവഴി ദ്രാവക ലോഹത്തിൻ്റെ ചില ഭാഗങ്ങൾ സ്ഥാനഭ്രഷ്ടനാക്കപ്പെടുകയും ഉദ്ദീപനമേഖലയിലെ ഉരുകിയ കുളം മുങ്ങി ചെറിയ കുഴികൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ; ചെറിയ കുഴിയുടെ അടിയിൽ പ്രകാശത്തിൻ്റെ ബീം നേരിട്ട് പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇത് ലോഹത്തെ കൂടുതൽ ഉരുകുകയും വാതകമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിലുള്ള നീരാവി കുഴിയുടെ അടിയിലുള്ള ദ്രാവക ലോഹത്തെ ഉരുകിയ കുളത്തിൻ്റെ ചുറ്റളവിലേക്ക് ഒഴുകാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ചെറിയ ദ്വാരത്തെ കൂടുതൽ ആഴത്തിലാക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ തുടരുന്നു, ആത്യന്തികമായി ദ്രാവക ലോഹത്തിൽ ദ്വാരം പോലെയുള്ള ഒരു കീഹോൾ രൂപപ്പെടുന്നു. ചെറിയ ദ്വാരത്തിലെ ലേസർ ബീം സൃഷ്ടിക്കുന്ന ലോഹ നീരാവി മർദ്ദം ദ്രാവക ലോഹത്തിൻ്റെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കവും ഗുരുത്വാകർഷണവും ഉപയോഗിച്ച് സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ എത്തുമ്പോൾ, ചെറിയ ദ്വാരം കൂടുതൽ ആഴത്തിലാകാതെ ആഴത്തിൽ സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു ചെറിയ ദ്വാരമായി മാറുന്നു, ഇതിനെ "ചെറിയ ദ്വാര പ്രഭാവം" എന്ന് വിളിക്കുന്നു. .

ലേസർ ബീം വർക്ക്പീസുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ചെറിയ ദ്വാരം അല്പം പിന്നിലേക്ക് വളഞ്ഞ മുൻഭാഗവും പിന്നിൽ വ്യക്തമായി ചെരിഞ്ഞ വിപരീത ത്രികോണവും കാണിക്കുന്നു. ചെറിയ ദ്വാരത്തിൻ്റെ മുൻവശം ഉയർന്ന താപനിലയും ഉയർന്ന നീരാവി മർദ്ദവും ഉള്ള ലേസറിൻ്റെ പ്രവർത്തന മേഖലയാണ്, അതേസമയം പിൻവശത്തെ താപനില താരതമ്യേന കുറവും നീരാവി മർദ്ദം ചെറുതുമാണ്. ഈ സമ്മർദ്ദത്തിലും താപനില വ്യത്യാസത്തിലും, ഉരുകിയ ദ്രാവകം ചെറിയ ദ്വാരത്തിന് ചുറ്റും മുൻഭാഗം മുതൽ പിൻഭാഗം വരെ ഒഴുകുന്നു, ചെറിയ ദ്വാരത്തിൻ്റെ പിൻഭാഗത്ത് ഒരു ചുഴി രൂപപ്പെടുകയും ഒടുവിൽ പിൻഭാഗത്ത് ദൃഢമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ലേസർ സിമുലേഷനിലൂടെയും യഥാർത്ഥ വെൽഡിംഗിലൂടെയും ലഭിച്ച കീഹോളിൻ്റെ ചലനാത്മക അവസ്ഥ മുകളിലെ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, ചെറിയ ദ്വാരങ്ങളുടെ രൂപഘടനയും വ്യത്യസ്ത വേഗതയിൽ യാത്ര ചെയ്യുമ്പോൾ ചുറ്റുമുള്ള ഉരുകിയ ദ്രാവകത്തിൻ്റെ ഒഴുക്കും.

ചെറിയ ദ്വാരങ്ങൾ ഉള്ളതിനാൽ, ലേസർ ബീം ഊർജ്ജം മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഉള്ളിലേക്ക് തുളച്ചുകയറുന്നു, ഇത് ആഴത്തിലുള്ളതും ഇടുങ്ങിയതുമായ ഈ വെൽഡ് സീം ഉണ്ടാക്കുന്നു. ലേസർ ഡീപ് പെനട്രേഷൻ വെൽഡ് സീമിൻ്റെ സാധാരണ ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ മോർഫോളജി മുകളിലുള്ള ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. വെൽഡ് സീമിൻ്റെ നുഴഞ്ഞുകയറ്റ ആഴം കീഹോളിൻ്റെ ആഴത്തോട് അടുത്താണ് (കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ, മെറ്റലോഗ്രാഫിക് പാളി കീഹോളിനേക്കാൾ 60-100um ആഴമുള്ളതാണ്, ഒരു കുറവ് ദ്രാവക പാളി). ഉയർന്ന ലേസർ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത, ആഴത്തിലുള്ള ചെറിയ ദ്വാരം, വെൽഡ് സീമിൻ്റെ നുഴഞ്ഞുകയറ്റ ആഴം. ഉയർന്ന പവർ ലേസർ വെൽഡിങ്ങിൽ, വെൽഡ് സീമിൻ്റെ പരമാവധി ആഴവും വീതിയും അനുപാതം 12: 1 ൽ എത്താം.

ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിൻ്റെ വിശകലനംലേസർ ഊർജ്ജംകീഹോൾ വഴി

ചെറിയ ദ്വാരങ്ങളും പ്ലാസ്മയും രൂപപ്പെടുന്നതിന് മുമ്പ്, ലേസറിൻ്റെ ഊർജ്ജം പ്രധാനമായും താപ ചാലകത്തിലൂടെ വർക്ക്പീസിൻ്റെ ആന്തരിക ഭാഗത്തേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയ ചാലക വെൽഡിങ്ങിൻ്റെ (0.5 മില്ലീമീറ്ററിൽ താഴെയുള്ള നുഴഞ്ഞുകയറ്റ ആഴത്തിൽ) പെടുന്നു, കൂടാതെ ലേസറിൻ്റെ മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് 25-45% ആണ്. കീഹോൾ രൂപപ്പെട്ടുകഴിഞ്ഞാൽ, ലേസറിൻ്റെ ഊർജ്ജം പ്രധാനമായും കീഹോൾ ഇഫക്റ്റിലൂടെ വർക്ക്പീസിൻ്റെ ഉൾവശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയ ആഴത്തിലുള്ള തുളച്ചുകയറുന്ന വെൽഡിംഗായി മാറുന്നു (0.5 മില്ലീമീറ്ററിൽ കൂടുതൽ നുഴഞ്ഞുകയറുന്ന ആഴത്തിൽ), ആഗിരണം നിരക്ക് എത്താം. 60-90%-ൽ കൂടുതൽ.

ലേസർ വെൽഡിംഗ്, കട്ടിംഗ്, ഡ്രില്ലിംഗ് തുടങ്ങിയ പ്രോസസ്സിംഗ് സമയത്ത് ലേസർ ആഗിരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിൽ കീഹോൾ ഇഫക്റ്റ് വളരെ പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. കീഹോളിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്ന ലേസർ ബീം ദ്വാരത്തിൻ്റെ ഭിത്തിയിൽ നിന്നുള്ള ഒന്നിലധികം പ്രതിഫലനങ്ങളിലൂടെ ഏതാണ്ട് പൂർണ്ണമായും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.

കീഹോളിനുള്ളിലെ ലേസറിൻ്റെ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള സംവിധാനത്തിൽ രണ്ട് പ്രക്രിയകൾ ഉൾപ്പെടുന്നുവെന്ന് പൊതുവെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു: റിവേഴ്സ് അബ്സോർപ്ഷൻ, ഫ്രെസ്നെൽ ആഗിരണം.

കീഹോളിനുള്ളിലെ പ്രഷർ ബാലൻസ്

ലേസർ ആഴത്തിലുള്ള തുളച്ചുകയറുന്ന വെൽഡിങ്ങിൽ, മെറ്റീരിയൽ ഗുരുതരമായ ബാഷ്പീകരണത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള നീരാവി സൃഷ്ടിക്കുന്ന വിപുലീകരണ മർദ്ദം ദ്രാവക ലോഹത്തെ പുറന്തള്ളുകയും ചെറിയ ദ്വാരങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ നീരാവി മർദ്ദം, അബ്ലേഷൻ മർദ്ദം (ബാഷ്പീകരണ പ്രതിപ്രവർത്തന ശക്തി അല്ലെങ്കിൽ റീകോയിൽ മർദ്ദം എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു) കൂടാതെ, ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം, ഗുരുത്വാകർഷണം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ദ്രാവക നിശ്ചല മർദ്ദം, ഉരുകിയ വസ്തുക്കളുടെ ഒഴുക്ക് മൂലമുണ്ടാകുന്ന ദ്രാവക ചലനാത്മക മർദ്ദം എന്നിവയും ഉണ്ട്. ചെറിയ ദ്വാരം. ഈ സമ്മർദ്ദങ്ങളിൽ, നീരാവി മർദ്ദം മാത്രമാണ് ചെറിയ ദ്വാരത്തിൻ്റെ തുറക്കൽ നിലനിർത്തുന്നത്, മറ്റ് മൂന്ന് ശക്തികളും ചെറിയ ദ്വാരം അടയ്ക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു. വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ കീഹോളിൻ്റെ സ്ഥിരത നിലനിർത്താൻ, നീരാവി മർദ്ദം മറ്റ് പ്രതിരോധങ്ങളെ മറികടക്കാനും സന്തുലിതാവസ്ഥ കൈവരിക്കാനും മതിയായതായിരിക്കണം, കീഹോളിൻ്റെ ദീർഘകാല സ്ഥിരത നിലനിർത്തുന്നു. ലാളിത്യത്തിന്, കീഹോൾ ഭിത്തിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ശക്തികൾ പ്രധാനമായും അബ്ലേഷൻ മർദ്ദവും (മെറ്റൽ നീരാവി റീകോയിൽ മർദ്ദവും) ഉപരിതല പിരിമുറുക്കവുമാണെന്ന് പൊതുവെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു.

കീഹോളിൻ്റെ അസ്ഥിരത

പശ്ചാത്തലം: വസ്തുക്കളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ ലേസർ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇത് വലിയ അളവിൽ ലോഹം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുന്നു. റീകോയിൽ മർദ്ദം ഉരുകിയ കുളത്തിൽ അമർത്തി കീഹോളുകളും പ്ലാസ്മയും രൂപപ്പെടുന്നു, ഇത് ഉരുകൽ ആഴത്തിൽ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുന്നു. ചലിക്കുന്ന പ്രക്രിയയിൽ, ലേസർ കീഹോളിൻ്റെ മുൻവശത്തെ ഭിത്തിയിൽ പതിക്കുന്നു, കൂടാതെ ലേസർ മെറ്റീരിയലുമായി ബന്ധപ്പെടുന്ന സ്ഥാനം മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഗുരുതരമായ ബാഷ്പീകരണത്തിന് കാരണമാകും. അതേ സമയം, കീഹോൾ ഭിത്തിക്ക് വൻതോതിലുള്ള നഷ്ടം അനുഭവപ്പെടും, ബാഷ്പീകരണം ദ്രാവക ലോഹത്തിൽ അമർത്തുന്ന ഒരു റീകോയിൽ മർദ്ദം ഉണ്ടാക്കും, ഇത് കീഹോളിൻ്റെ ആന്തരിക മതിൽ താഴോട്ട് ചാഞ്ചാടുകയും കീഹോളിൻ്റെ അടിഭാഗത്തേക്ക് ചുറ്റുകയും ചെയ്യും. ഉരുകിയ കുളത്തിൻ്റെ പിൻഭാഗം. മുൻവശത്തെ ഭിത്തിയിൽ നിന്ന് പിൻവശത്തെ ഭിത്തിയിലേക്ക് ദ്രാവക ഉരുകിയ കുളത്തിൻ്റെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ കാരണം, കീഹോളിനുള്ളിലെ വോളിയം നിരന്തരം മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു, കീഹോളിൻ്റെ ആന്തരിക മർദ്ദവും അതിനനുസരിച്ച് മാറുന്നു, ഇത് സ്പ്രേ ചെയ്ത പ്ലാസ്മയുടെ അളവിൽ മാറ്റത്തിന് കാരണമാകുന്നു. . പ്ലാസ്മയുടെ അളവിലെ മാറ്റം, ലേസർ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ സംരക്ഷണം, അപവർത്തനം, ആഗിരണം എന്നിവയിലെ മാറ്റങ്ങളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, അതിൻ്റെ ഫലമായി മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിൽ എത്തുന്ന ലേസറിൻ്റെ ഊർജ്ജത്തിൽ മാറ്റങ്ങൾ സംഭവിക്കുന്നു. മുഴുവൻ പ്രക്രിയയും ചലനാത്മകവും ആനുകാലികവുമാണ്, ആത്യന്തികമായി ഒരു സോടൂത്ത് ആകൃതിയിലുള്ളതും അലകളുടെ ലോഹവുമായ നുഴഞ്ഞുകയറ്റത്തിന് കാരണമാകുന്നു, കൂടാതെ മിനുസമാർന്ന തുല്യമായ തുളച്ചുകയറൽ വെൽഡും ഇല്ല, മുകളിലെ ചിത്രം വെൽഡിന് സമാന്തരമായി രേഖാംശ മുറിക്കുന്നതിലൂടെ ലഭിച്ച വെൽഡിൻ്റെ മധ്യഭാഗത്തിൻ്റെ ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ കാഴ്ചയാണ്. വെൽഡിൻ്റെ മധ്യഭാഗം, അതുപോലെ കീഹോൾ ഡെപ്ത് വ്യത്യാസത്തിൻ്റെ തത്സമയ അളക്കൽഐ.പി.ജിതെളിവായി എൽഡിഡി.

കീഹോളിൻ്റെ സ്ഥിരത ദിശ മെച്ചപ്പെടുത്തുക

ലേസർ ആഴത്തിലുള്ള തുളച്ചുകയറുന്ന വെൽഡിംഗ് സമയത്ത്, ചെറിയ ദ്വാരത്തിൻ്റെ സ്ഥിരത ദ്വാരത്തിനുള്ളിലെ വിവിധ സമ്മർദ്ദങ്ങളുടെ ചലനാത്മക ബാലൻസ് വഴി മാത്രമേ ഉറപ്പാക്കാൻ കഴിയൂ. എന്നിരുന്നാലും, ദ്വാരത്തിൻ്റെ മതിലിലൂടെ ലേസർ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതും വസ്തുക്കളുടെ ബാഷ്പീകരണവും, ചെറിയ ദ്വാരത്തിന് പുറത്ത് ലോഹ നീരാവി പുറന്തള്ളുന്നതും, ചെറിയ ദ്വാരത്തിൻ്റെയും ഉരുകിയ കുളത്തിൻ്റെയും മുന്നോട്ടുള്ള ചലനവും വളരെ തീവ്രവും വേഗത്തിലുള്ളതുമായ പ്രക്രിയകളാണ്. ചില പ്രക്രിയ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ ചില നിമിഷങ്ങളിൽ, ചെറിയ ദ്വാരത്തിൻ്റെ സ്ഥിരത പ്രാദേശിക പ്രദേശങ്ങളിൽ തടസ്സപ്പെടാൻ സാധ്യതയുണ്ട്, ഇത് വെൽഡിംഗ് വൈകല്യങ്ങളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ഏറ്റവും സാധാരണവും സാധാരണവുമായത് ചെറിയ സുഷിരങ്ങളുള്ള പോറോസിറ്റി വൈകല്യങ്ങളും കീഹോൾ തകർച്ച മൂലമുണ്ടാകുന്ന സ്‌പാറ്ററുകളുമാണ്;

അപ്പോൾ കീഹോൾ എങ്ങനെ സ്ഥിരപ്പെടുത്താം?

കീഹോൾ ദ്രവത്തിൻ്റെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ താരതമ്യേന സങ്കീർണ്ണമാണ്, കൂടാതെ നിരവധി ഘടകങ്ങൾ (താപനില, ഫ്ലോ ഫീൽഡ്, ഫോഴ്‌സ് ഫീൽഡ്, ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഫിസിക്‌സ്) ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇതിനെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി ചുരുക്കാം: ഉപരിതല പിരിമുറുക്കവും ലോഹ നീരാവി റീകോയിൽ മർദ്ദവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം; ലോഹ നീരാവിയുടെ റീകോയിൽ മർദ്ദം കീഹോളുകളുടെ ഉൽപാദനത്തിൽ നേരിട്ട് പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇത് കീഹോളുകളുടെ ആഴവും വോളിയവുമായി അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതേ സമയം, വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ ലോഹ നീരാവിയുടെ മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുന്ന ഒരേയൊരു വസ്തുവെന്ന നിലയിൽ, അത് സ്പാറ്റർ സംഭവിക്കുന്നതുമായി അടുത്ത ബന്ധമുള്ളതാണ്; ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം ഉരുകിയ കുളത്തിൻ്റെ ഒഴുക്കിനെ ബാധിക്കുന്നു;

അതിനാൽ സ്ഥിരതയുള്ള ലേസർ വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയ, ഉരുകിയ കുളത്തിലെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കത്തിൻ്റെ വിതരണ ഗ്രേഡിയൻ്റ് വളരെയധികം ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകളില്ലാതെ നിലനിർത്തുന്നതിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം താപനില വിതരണവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, താപനില വിതരണം താപ സ്രോതസ്സുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതിനാൽ, സംയോജിത താപ സ്രോതസ്സും സ്വിംഗ് വെൽഡിംഗും സ്ഥിരതയുള്ള വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയ്ക്കുള്ള സാങ്കേതിക ദിശകളാണ്;

ലോഹ നീരാവിയും കീഹോൾ വോളിയവും പ്ലാസ്മ ഇഫക്റ്റിലും കീഹോൾ തുറക്കുന്നതിൻ്റെ വലുപ്പത്തിലും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതുണ്ട്. വലിയ ഓപ്പണിംഗ്, വലിയ കീഹോൾ, മെൽറ്റ് പൂളിൻ്റെ താഴത്തെ പോയിൻ്റിലെ നിസ്സാരമായ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ, ഇത് മൊത്തത്തിലുള്ള കീഹോൾ വോളിയത്തിലും ആന്തരിക മർദ്ദം മാറ്റങ്ങളിലും താരതമ്യേന ചെറിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു; അതിനാൽ ക്രമീകരിക്കാവുന്ന റിംഗ് മോഡ് ലേസർ (അനുലാർ സ്പോട്ട്), ലേസർ ആർക്ക് റീകോമ്പിനേഷൻ, ഫ്രീക്വൻസി മോഡുലേഷൻ തുടങ്ങിയവയെല്ലാം വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ദിശകളാണ്.