ലേസർ മെറ്റീരിയൽ ഇടപെടൽ - കീഹോൾ പ്രഭാവം

താക്കോൽ ദ്വാരങ്ങളുടെ രൂപീകരണവും വികാസവും:

കീഹോൾ നിർവചനം: റേഡിയേഷൻ ഇറാഡിയൻസ് 10 ^ 6W/cm ^ 2 ൽ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, ലേസറിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ വസ്തുവിന്റെ ഉപരിതലം ഉരുകുകയും ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ബാഷ്പീകരണ വേഗത ആവശ്യത്തിന് വലുതാകുമ്പോൾ, ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന നീരാവി റീകോയിൽ മർദ്ദം ദ്രാവക ലോഹത്തിന്റെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കത്തെയും ദ്രാവക ഗുരുത്വാകർഷണത്തെയും മറികടക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്, അതുവഴി ദ്രാവക ലോഹത്തിന്റെ ചില ഭാഗങ്ങൾ സ്ഥാനഭ്രംശം സംഭവിക്കുകയും, ഉത്തേജന മേഖലയിലെ ഉരുകിയ കുളം മുങ്ങുകയും ചെറിയ കുഴികൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു; പ്രകാശകിരണം നേരിട്ട് ചെറിയ കുഴിയുടെ അടിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയും, ലോഹം കൂടുതൽ ഉരുകുകയും വാതകവൽക്കരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉയർന്ന മർദ്ദമുള്ള നീരാവി കുഴിയുടെ അടിയിലുള്ള ദ്രാവക ലോഹത്തെ ഉരുകിയ കുളത്തിന്റെ ചുറ്റളവിലേക്ക് ഒഴുകാൻ നിർബന്ധിക്കുന്നത് തുടരുന്നു, ഇത് ചെറിയ ദ്വാരത്തെ കൂടുതൽ ആഴത്തിലാക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ തുടരുന്നു, ഒടുവിൽ ദ്രാവക ലോഹത്തിൽ ഒരു കീഹോൾ പോലുള്ള ദ്വാരം രൂപപ്പെടുന്നു. ചെറിയ ദ്വാരത്തിൽ ലേസർ ബീം സൃഷ്ടിക്കുന്ന ലോഹ നീരാവി മർദ്ദം ദ്രാവക ലോഹത്തിന്റെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കവും ഗുരുത്വാകർഷണവുമായി സന്തുലിതാവസ്ഥയിലെത്തുമ്പോൾ, ചെറിയ ദ്വാരം ഇനി ആഴത്തിലാകുന്നില്ല, ആഴത്തിലുള്ള സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു ചെറിയ ദ്വാരം രൂപപ്പെടുന്നു, ഇതിനെ "ചെറിയ ദ്വാര പ്രഭാവം" എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ലേസർ ബീം വർക്ക്പീസുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ചെറിയ ദ്വാരം അല്പം പിന്നിലേക്ക് വളഞ്ഞ മുൻഭാഗവും പിന്നിൽ വ്യക്തമായി ചരിഞ്ഞ ഒരു വിപരീത ത്രികോണവും കാണിക്കുന്നു. ചെറിയ ദ്വാരത്തിന്റെ മുൻവശം ഉയർന്ന താപനിലയും ഉയർന്ന നീരാവി മർദ്ദവുമുള്ള ലേസറിന്റെ പ്രവർത്തന മേഖലയാണ്, അതേസമയം പിൻവശത്തെ അരികിലെ താപനില താരതമ്യേന കുറവും നീരാവി മർദ്ദം ചെറുതുമാണ്. ഈ മർദ്ദത്തിലും താപനില വ്യത്യാസത്തിലും, ഉരുകിയ ദ്രാവകം ചെറിയ ദ്വാരത്തിന് ചുറ്റും മുൻവശത്ത് നിന്ന് പിൻവശത്തേക്ക് ഒഴുകുന്നു, ചെറിയ ദ്വാരത്തിന്റെ പിൻഭാഗത്ത് ഒരു വോർട്ടക്സ് രൂപപ്പെടുത്തുന്നു, ഒടുവിൽ പിൻവശത്ത് ദൃഢമാകുന്നു. ലേസർ സിമുലേഷനിലൂടെയും യഥാർത്ഥ വെൽഡിങ്ങിലൂടെയും ലഭിച്ച കീഹോളിന്റെ ചലനാത്മക അവസ്ഥ മുകളിലുള്ള ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, വ്യത്യസ്ത വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുമ്പോൾ ചെറിയ ദ്വാരങ്ങളുടെ രൂപഘടനയും ചുറ്റുമുള്ള ഉരുകിയ ദ്രാവകത്തിന്റെ ഒഴുക്കും.

ചെറിയ ദ്വാരങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം കാരണം, ലേസർ ബീം ഊർജ്ജം മെറ്റീരിയലിന്റെ ഉള്ളിലേക്ക് തുളച്ചുകയറുകയും ഈ ആഴമേറിയതും ഇടുങ്ങിയതുമായ വെൽഡ് സീം രൂപപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ലേസർ ഡീപ് പെനട്രേഷൻ വെൽഡ് സീമിന്റെ സാധാരണ ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ രൂപഘടന മുകളിലുള്ള ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. വെൽഡ് സീമിന്റെ പെനട്രേഷൻ ഡെപ്ത് കീഹോളിന്റെ ആഴത്തോട് അടുത്താണ് (കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ, മെറ്റലോഗ്രാഫിക് പാളി കീഹോളിനേക്കാൾ 60-100um ആഴത്തിലാണ്, ഒരു കുറവ് ദ്രാവക പാളി). ലേസർ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത കൂടുന്തോറും ചെറിയ ദ്വാരത്തിന്റെ ആഴവും വെൽഡ് സീമിന്റെ പെനട്രേഷൻ ഡെപ്ത്തും കൂടും. ഉയർന്ന പവർ ലേസർ വെൽഡിങ്ങിൽ, വെൽഡ് സീമിന്റെ പരമാവധി ആഴവും വീതിയും അനുപാതം 12:1 ൽ എത്താം.

ആഗിരണം വിശകലനംലേസർ ഊർജ്ജംകീഹോൾ വഴി

ചെറിയ ദ്വാരങ്ങളും പ്ലാസ്മയും രൂപപ്പെടുന്നതിന് മുമ്പ്, ലേസറിന്റെ ഊർജ്ജം പ്രധാനമായും താപ ചാലകം വഴി വർക്ക്പീസിന്റെ ഉൾഭാഗത്തേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയ ചാലക വെൽഡിങ്ങിന്റേതാണ് (0.5 മില്ലീമീറ്ററിൽ താഴെയുള്ള പെനട്രേഷൻ ഡെപ്ത് ഉള്ളത്), കൂടാതെ മെറ്റീരിയലിന്റെ ലേസറിന്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് 25-45% നും ഇടയിലാണ്. കീഹോൾ രൂപപ്പെട്ടുകഴിഞ്ഞാൽ, ലേസറിന്റെ ഊർജ്ജം പ്രധാനമായും കീഹോൾ ഇഫക്റ്റ് വഴി വർക്ക്പീസിന്റെ ഉൾഭാഗം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു, വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയ ഡീപ് പെനട്രേഷൻ വെൽഡിംഗ് ആയി മാറുന്നു (0.5 മില്ലീമീറ്ററിൽ കൂടുതൽ പെനട്രേഷൻ ഡെപ്ത് ഉള്ളത്), ആഗിരണം നിരക്ക് 60-90% ൽ കൂടുതൽ എത്താം.

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

കീഹോളിനുള്ളിലെ ലേസറിന്റെ ഊർജ്ജ ആഗിരണം സംവിധാനത്തിൽ രണ്ട് പ്രക്രിയകൾ ഉൾപ്പെടുന്നുവെന്ന് പൊതുവെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു: റിവേഴ്സ് ആഗിരണവും ഫ്രെസ്നെൽ ആഗിരണവും.

കീഹോളിനുള്ളിലെ മർദ്ദ ബാലൻസ്

ലേസർ ഡീപ് പെനട്രേഷൻ വെൽഡിംഗ് സമയത്ത്, മെറ്റീരിയൽ കഠിനമായ ബാഷ്പീകരണത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള നീരാവി സൃഷ്ടിക്കുന്ന വികാസ മർദ്ദം ദ്രാവക ലോഹത്തെ പുറന്തള്ളുകയും ചെറിയ ദ്വാരങ്ങൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. മെറ്റീരിയലിന്റെ നീരാവി മർദ്ദത്തിനും അബ്ലേഷൻ മർദ്ദത്തിനും (ബാഷ്പീകരണ പ്രതികരണ ശക്തി അല്ലെങ്കിൽ റീകോയിൽ മർദ്ദം എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു) പുറമേ, ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം, ഗുരുത്വാകർഷണം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ദ്രാവക സ്റ്റാറ്റിക് മർദ്ദം, ചെറിയ ദ്വാരത്തിനുള്ളിൽ ഉരുകിയ വസ്തുക്കളുടെ ഒഴുക്ക് മൂലമുണ്ടാകുന്ന ദ്രാവക ചലനാത്മക മർദ്ദം എന്നിവയും ഉണ്ട്. ഈ സമ്മർദ്ദങ്ങളിൽ, നീരാവി മർദ്ദം മാത്രമാണ് ചെറിയ ദ്വാരത്തിന്റെ ദ്വാരം നിലനിർത്തുന്നത്, അതേസമയം മറ്റ് മൂന്ന് ശക്തികളും ചെറിയ ദ്വാരം അടയ്ക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു. വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ കീഹോളിന്റെ സ്ഥിരത നിലനിർത്താൻ, മറ്റ് പ്രതിരോധങ്ങളെ മറികടന്ന് സന്തുലിതാവസ്ഥ കൈവരിക്കാൻ നീരാവി മർദ്ദം പര്യാപ്തമായിരിക്കണം, കീഹോളിന്റെ ദീർഘകാല സ്ഥിരത നിലനിർത്തുന്നു. ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ, കീഹോൾ ഭിത്തിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ശക്തികൾ പ്രധാനമായും അബ്ലേഷൻ മർദ്ദം (ലോഹ നീരാവി റീകോയിൽ മർദ്ദം), ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം എന്നിവയാണെന്ന് പൊതുവെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു.

കീഹോളിന്റെ അസ്ഥിരത

പശ്ചാത്തലം: ലേസർ വസ്തുക്കളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയും വലിയ അളവിൽ ലോഹം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. റീകോയിൽ മർദ്ദം ഉരുകിയ പൂളിൽ അമർത്തി കീഹോളുകളും പ്ലാസ്മയും രൂപപ്പെടുകയും അതിന്റെ ഫലമായി ഉരുകൽ ആഴം വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ചലിക്കുന്ന പ്രക്രിയയിൽ, ലേസർ കീഹോളിന്റെ മുൻവശത്തെ ഭിത്തിയിൽ തട്ടുന്നു, ലേസർ മെറ്റീരിയലുമായി ബന്ധപ്പെടുന്ന സ്ഥാനം മെറ്റീരിയലിന്റെ ഗുരുതരമായ ബാഷ്പീകരണത്തിന് കാരണമാകും. അതേ സമയം, കീഹോൾ ഭിത്തിക്ക് പിണ്ഡനഷ്ടം അനുഭവപ്പെടും, ബാഷ്പീകരണം ഒരു റീകോയിൽ മർദ്ദം ഉണ്ടാക്കുകയും അത് ദ്രാവക ലോഹത്തിൽ അമർത്തുകയും ചെയ്യും, ഇത് കീഹോളിന്റെ ആന്തരിക മതിൽ താഴേക്ക് ചാഞ്ചാടുകയും കീഹോളിന്റെ അടിയിലൂടെ ഉരുകിയ പൂളിന്റെ പിൻഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു. ദ്രാവക ഉരുകിയ പൂളിന്റെ മുൻവശത്തെ ഭിത്തിയിൽ നിന്ന് പിൻവശത്തെ ഭിത്തിയിലേക്ക് ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ കാരണം, കീഹോളിനുള്ളിലെ വോളിയം നിരന്തരം മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു, കീഹോളിന്റെ ആന്തരിക മർദ്ദവും അതിനനുസരിച്ച് മാറുന്നു, ഇത് സ്പ്രേ ചെയ്ത പ്ലാസ്മയുടെ വോളിയത്തിൽ മാറ്റത്തിന് കാരണമാകുന്നു. പ്ലാസ്മ വോളിയത്തിലെ മാറ്റം ലേസർ ഊർജ്ജത്തിന്റെ ഷീൽഡിംഗ്, റിഫ്രാക്ഷൻ, ആഗിരണം എന്നിവയിൽ മാറ്റങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു, ഇത് മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിൽ എത്തുന്ന ലേസറിന്റെ ഊർജ്ജത്തിൽ മാറ്റങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു. മുഴുവൻ പ്രക്രിയയും ചലനാത്മകവും ആനുകാലികവുമാണ്, ആത്യന്തികമായി സോടൂത്ത് ആകൃതിയിലുള്ളതും അലകളുടെ രൂപത്തിലുള്ളതുമായ ലോഹ നുഴഞ്ഞുകയറ്റത്തിന് കാരണമാകുന്നു, കൂടാതെ സുഗമമായ തുല്യ നുഴഞ്ഞുകയറ്റ വെൽഡ് ഇല്ല. മുകളിലുള്ള ചിത്രം വെൽഡിന്റെ മധ്യഭാഗത്തിന് സമാന്തരമായി രേഖാംശ മുറിച്ചെടുക്കുന്നതിലൂടെ ലഭിക്കുന്ന വെൽഡിന്റെ മധ്യഭാഗത്തിന്റെ ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ കാഴ്ചയാണ്, അതുപോലെ തന്നെ കീഹോൾ ആഴത്തിലുള്ള വ്യതിയാനത്തിന്റെ തത്സമയ അളവും.ഐപിജിതെളിവായി എൽഡിഡി.

കീഹോളിന്റെ സ്ഥിരത ദിശ മെച്ചപ്പെടുത്തുക

ലേസർ ഡീപ് പെനട്രേഷൻ വെൽഡിംഗ് സമയത്ത്, ചെറിയ ദ്വാരത്തിന്റെ സ്ഥിരത ദ്വാരത്തിനുള്ളിലെ വിവിധ മർദ്ദങ്ങളുടെ ചലനാത്മക സന്തുലിതാവസ്ഥയിലൂടെ മാത്രമേ ഉറപ്പാക്കാൻ കഴിയൂ. എന്നിരുന്നാലും, ദ്വാര ഭിത്തിയിലൂടെ ലേസർ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യൽ, വസ്തുക്കളുടെ ബാഷ്പീകരണം, ചെറിയ ദ്വാരത്തിന് പുറത്ത് ലോഹ നീരാവി പുറന്തള്ളൽ, ചെറിയ ദ്വാരത്തിന്റെയും ഉരുകിയ കുളത്തിന്റെയും മുന്നോട്ടുള്ള ചലനം എന്നിവയെല്ലാം വളരെ തീവ്രവും വേഗത്തിലുള്ളതുമായ പ്രക്രിയകളാണ്. ചില പ്രക്രിയ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയിലെ ചില നിമിഷങ്ങളിൽ, പ്രാദേശിക പ്രദേശങ്ങളിൽ ചെറിയ ദ്വാരത്തിന്റെ സ്ഥിരത തടസ്സപ്പെടാനുള്ള സാധ്യതയുണ്ട്, ഇത് വെൽഡിംഗ് വൈകല്യങ്ങളിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം. ഏറ്റവും സാധാരണവും സാധാരണവുമായവ ചെറിയ സുഷിര തരം പോറോസിറ്റി വൈകല്യങ്ങളും കീഹോൾ തകർച്ച മൂലമുണ്ടാകുന്ന സ്പാറ്ററുമാണ്;

അപ്പോൾ താക്കോൽ ദ്വാരം എങ്ങനെ സ്ഥിരപ്പെടുത്താം?

കീഹോൾ ദ്രാവകത്തിന്റെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ താരതമ്യേന സങ്കീർണ്ണവും വളരെയധികം ഘടകങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നതുമാണ് (താപനില ഫീൽഡ്, ഫ്ലോ ഫീൽഡ്, ഫോഴ്‌സ് ഫീൽഡ്, ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് ഫിസിക്സ്), ഇവയെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി സംഗ്രഹിക്കാം: ഉപരിതല പിരിമുറുക്കവും ലോഹ നീരാവി റീകോയിൽ മർദ്ദവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം; ലോഹ നീരാവി റീകോയിൽ മർദ്ദം കീഹോളുകളുടെ ഉത്പാദനത്തെ നേരിട്ട് ബാധിക്കുന്നു, ഇത് കീഹോളുകളുടെ ആഴവും വ്യാപ്തവുമായി അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതേസമയം, വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ മുകളിലേക്ക് ചലിക്കുന്ന ഒരേയൊരു ലോഹ നീരാവി എന്ന നിലയിൽ, സ്പാറ്റർ സംഭവിക്കുന്നതുമായി ഇത് അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു; ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം ഉരുകിയ കുളത്തിന്റെ ഒഴുക്കിനെ ബാധിക്കുന്നു;

അതിനാൽ സ്ഥിരതയുള്ള ലേസർ വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയ, ഉരുകിയ കുളത്തിലെ ഉപരിതല പിരിമുറുക്കത്തിന്റെ വിതരണ ഗ്രേഡിയന്റ് വളരെയധികം ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ ഇല്ലാതെ നിലനിർത്തുന്നതിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം താപനില വിതരണവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, താപനില വിതരണം താപ സ്രോതസ്സുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതിനാൽ, സംയോജിത താപ സ്രോതസ്സും സ്വിംഗ് വെൽഡിംഗും സ്ഥിരതയുള്ള വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയ്ക്കുള്ള സാധ്യതയുള്ള സാങ്കേതിക ദിശകളാണ്;

ലോഹ നീരാവിയും കീഹോൾ വോള്യവും പ്ലാസ്മ പ്രഭാവത്തിലും കീഹോൾ തുറക്കലിന്റെ വലുപ്പത്തിലും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതുണ്ട്. തുറക്കൽ വലുതാകുന്തോറും കീഹോൾ വലുതാകും, മെൽറ്റ് പൂളിന്റെ അടിഭാഗത്തെ നിസ്സാരമായ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകളും ഉണ്ടാകും, ഇവ മൊത്തത്തിലുള്ള കീഹോൾ വോള്യത്തിലും ആന്തരിക മർദ്ദ മാറ്റങ്ങളിലും താരതമ്യേന ചെറിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു; അതിനാൽ ക്രമീകരിക്കാവുന്ന റിംഗ് മോഡ് ലേസർ (ആനുലാർ സ്പോട്ട്), ലേസർ ആർക്ക് റീകോമ്പിനേഷൻ, ഫ്രീക്വൻസി മോഡുലേഷൻ മുതലായവയെല്ലാം വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ദിശകളാണ്.