Pembentukan dan pengembangan lubang kunci:
Definisi lubang kunci: Ketika radiasi lebih besar dari 10 ^ 6W/cm ^ 2, permukaan material meleleh dan menguap di bawah aksi laser. Ketika kecepatan penguapan cukup besar, tekanan balik uap yang dihasilkan cukup untuk mengatasi tegangan permukaan dan gravitasi cair logam cair, sehingga menggantikan sebagian logam cair, menyebabkan kolam cair di zona eksitasi tenggelam dan membentuk lubang-lubang kecil. ; Sinar cahaya langsung mengenai dasar lubang kecil, menyebabkan logam semakin meleleh dan menjadi gas. Uap bertekanan tinggi terus memaksa logam cair di dasar lubang mengalir menuju pinggiran kolam cair, sehingga semakin memperdalam lubang kecil tersebut. Proses ini berlanjut, akhirnya membentuk lubang seperti lubang kunci pada logam cair. Ketika tekanan uap logam yang dihasilkan oleh sinar laser di lubang kecil mencapai keseimbangan dengan tegangan permukaan dan gravitasi logam cair, lubang kecil tidak lagi semakin dalam dan membentuk lubang kecil yang kedalamannya stabil, yang disebut “efek lubang kecil” .
Saat sinar laser bergerak relatif terhadap benda kerja, lubang kecil menunjukkan bagian depan yang agak melengkung ke belakang dan segitiga terbalik yang cenderung jelas di bagian belakang. Tepi depan lubang kecil merupakan area aksi laser, dengan suhu tinggi dan tekanan uap tinggi, sedangkan suhu di sepanjang tepi belakang relatif rendah dan tekanan uap kecil. Di bawah perbedaan tekanan dan suhu ini, cairan cair mengalir mengelilingi lubang kecil dari ujung depan ke ujung belakang, membentuk pusaran di ujung belakang lubang kecil, dan akhirnya membeku di tepi belakang. Keadaan dinamis lubang kunci yang diperoleh melalui simulasi laser dan pengelasan sebenarnya ditunjukkan pada gambar di atas, Morfologi lubang kecil dan aliran cairan cair di sekitarnya selama perjalanan dengan kecepatan berbeda.
Karena adanya lubang kecil, energi sinar laser menembus bagian dalam material, membentuk lapisan las yang dalam dan sempit. Morfologi penampang khas lapisan las penetrasi dalam laser ditunjukkan pada gambar di atas. Kedalaman penetrasi lapisan las mendekati kedalaman lubang kunci (tepatnya, lapisan metalografi lebih dalam 60-100um dari lubang kunci, satu lapisan lebih sedikit cairan). Semakin tinggi kepadatan energi laser, semakin dalam lubang kecilnya, dan semakin besar kedalaman penetrasi lapisan las. Dalam pengelasan laser daya tinggi, rasio kedalaman dan lebar maksimum lapisan las bisa mencapai 12:1.
Analisis penyerapanenergi lasermelalui lubang kunci
Sebelum pembentukan lubang kecil dan plasma, energi laser terutama ditransmisikan ke bagian dalam benda kerja melalui konduksi termal. Proses pengelasan termasuk pengelasan konduktif (dengan kedalaman penetrasi kurang dari 0,5 mm), dan tingkat penyerapan material laser antara 25-45%. Setelah lubang kunci terbentuk, energi laser terutama diserap oleh bagian dalam benda kerja melalui efek lubang kunci, dan proses pengelasan menjadi pengelasan penetrasi dalam (dengan kedalaman penetrasi lebih dari 0,5 mm), Tingkat penyerapan dapat mencapai lebih dari 60-90%.
Efek lubang kunci memainkan peran yang sangat penting dalam meningkatkan penyerapan laser selama pemrosesan seperti pengelasan laser, pemotongan, dan pengeboran. Sinar laser yang memasuki lubang kunci hampir seluruhnya diserap melalui beberapa pantulan dari dinding lubang.
Secara umum diyakini bahwa mekanisme penyerapan energi laser di dalam lubang kunci mencakup dua proses: penyerapan terbalik dan penyerapan Fresnel.
Keseimbangan tekanan di dalam lubang kunci
Selama pengelasan penetrasi dalam laser, material mengalami penguapan yang parah, dan tekanan ekspansi yang dihasilkan oleh uap suhu tinggi mengeluarkan logam cair, membentuk lubang-lubang kecil. Selain tekanan uap dan tekanan ablasi (juga dikenal sebagai gaya reaksi penguapan atau tekanan mundur) material, terdapat juga tegangan permukaan, tekanan statis cairan yang disebabkan oleh gravitasi, dan tekanan dinamis fluida yang dihasilkan oleh aliran material cair di dalam. lubang kecil. Di antara tekanan-tekanan tersebut, hanya tekanan uap yang mempertahankan pembukaan lubang kecil, sedangkan tiga gaya lainnya berusaha menutup lubang kecil. Untuk menjaga stabilitas lubang kunci selama proses pengelasan, tekanan uap harus cukup untuk mengatasi hambatan lain dan mencapai keseimbangan, sehingga menjaga stabilitas lubang kunci dalam jangka panjang. Untuk mempermudah, secara umum diyakini bahwa gaya yang bekerja pada dinding lubang kunci terutama adalah tekanan ablasi (tekanan balik uap logam) dan tegangan permukaan.
Ketidakstabilan Lubang Kunci
Latar Belakang: Laser bekerja pada permukaan material, menyebabkan sejumlah besar logam menguap. Tekanan mundur menekan kolam cair, membentuk lubang kunci dan plasma, sehingga meningkatkan kedalaman leleh. Selama proses pergerakan, laser mengenai dinding depan lubang kunci, dan posisi kontak laser dengan material akan menyebabkan penguapan material yang parah. Pada saat yang sama, dinding lubang kunci akan mengalami kehilangan massa, dan penguapan akan membentuk tekanan mundur yang akan menekan logam cair, menyebabkan dinding bagian dalam lubang kunci berfluktuasi ke bawah dan bergerak di sekitar bagian bawah lubang kunci menuju ke bawah. belakang kolam cair. Karena fluktuasi cairan cair dari dinding depan ke dinding belakang, volume di dalam lubang kunci terus berubah, Tekanan internal lubang kunci juga berubah, yang menyebabkan perubahan volume plasma yang disemprotkan keluar. . Perubahan volume plasma menyebabkan perubahan perisai, pembiasan, dan penyerapan energi laser, sehingga mengakibatkan perubahan energi laser yang mencapai permukaan material. Keseluruhan proses bersifat dinamis dan periodik, yang pada akhirnya menghasilkan penetrasi logam berbentuk gigi gergaji dan bergelombang, serta tidak terjadi las penetrasi halus yang sama. Gambar di atas adalah tampak penampang bagian tengah las yang diperoleh dengan pemotongan memanjang sejajar dengan bagian tengah las. pusat las, serta pengukuran variasi kedalaman lubang kunci secara real-time sebesarIPG-LDD sebagai bukti.
Meningkatkan arah stabilitas lubang kunci
Selama pengelasan penetrasi dalam laser, stabilitas lubang kecil hanya dapat dijamin dengan keseimbangan dinamis berbagai tekanan di dalam lubang. Namun, penyerapan energi laser oleh dinding lubang dan penguapan material, pelepasan uap logam di luar lubang kecil, dan pergerakan maju lubang kecil dan kolam cair semuanya merupakan proses yang sangat intens dan cepat. Dalam kondisi proses tertentu, pada saat-saat tertentu selama proses pengelasan, terdapat kemungkinan kestabilan lubang kecil di area setempat dapat terganggu sehingga mengakibatkan cacat pengelasan. Yang paling khas dan umum adalah cacat porositas tipe pori kecil dan percikan yang disebabkan oleh runtuhnya lubang kunci;
Lalu bagaimana cara menstabilkan lubang kunci?
Fluktuasi fluida lubang kunci relatif kompleks dan melibatkan terlalu banyak faktor (medan suhu, medan aliran, medan gaya, fisika optoelektronik), yang secara sederhana dapat diringkas menjadi dua kategori: hubungan antara tegangan permukaan dan tekanan balik uap logam; Tekanan mundur uap logam secara langsung mempengaruhi pembentukan lubang kunci, yang berkaitan erat dengan kedalaman dan volume lubang kunci. Pada saat yang sama, sebagai satu-satunya zat uap logam yang bergerak ke atas dalam proses pengelasan, hal ini juga berkaitan erat dengan terjadinya hujan rintik-rintik; Ketegangan permukaan mempengaruhi aliran kolam cair;
Jadi proses pengelasan laser yang stabil bergantung pada pemeliharaan gradien distribusi tegangan permukaan di kolam cair, tanpa terlalu banyak fluktuasi. Ketegangan permukaan berhubungan dengan distribusi suhu, dan distribusi suhu berhubungan dengan sumber panas. Oleh karena itu, sumber panas komposit dan pengelasan ayun merupakan arahan teknis potensial untuk proses pengelasan yang stabil;
Uap logam dan volume lubang kunci perlu memperhatikan efek plasma dan ukuran bukaan lubang kunci. Semakin besar bukaannya, semakin besar lubang kuncinya, dan fluktuasi titik dasar kolam lelehan dapat diabaikan, yang berdampak relatif kecil terhadap keseluruhan volume lubang kunci dan perubahan tekanan internal; Jadi laser mode cincin yang dapat disesuaikan (titik melingkar), rekombinasi busur laser, modulasi frekuensi, dll. adalah semua arah yang dapat diperluas.
Waktu posting: 01 Des-2023
