Yn moderne produksje,laserlastechnologywurdt breed brûkt yn ferskate fjilden, fan loftfeart oant autofabrikaasje, fan elektroanyske apparatuer oant medyske apparaten, mei syn foardielen fan hege effisjinsje, presyzje en oanpassingsfermogen. De kearn fan dizze technology is de ynteraksje fan 'e laser mei it materiaal, wêrtroch in smeltende laske ûntstiet en rap stollet, wêrtroch't de ferbining fan metalen ûnderdielen mooglik is. De laslaske is in kaaigebiet yn laserlassen, en syn skaaimerken bepale direkt de laskwaliteit, mikrostruktuer en definitive prestaasjes. Dêrom binne yngeand begryp en krekte kontrôle fan 'e skaaimerken fan' e smeltende laske fan libbensbelang om it nivo fan laserlastechnology te ferbetterjen en te foldwaan oan 'e behoeften fan lasferbiningen fan hege kwaliteit yn yndustriële produksje.
Geometry fan smeltende pool
De geometry fan 'e laspoel is in wichtich aspekt yn ûndersyk nei laserlassen, om't it direkt ynfloed hat op 'e waarmteferfier, materiaalstream en de definitive laskwaliteit tidens it lasproses. De foarm fan in smeltende poel wurdt meastentiids beskreaun troch syn djipte, breedte, aspektferhâlding, waarmte-beynfloede sône (HAZ) geometry, kaaigatgeometrie en smelten metaal sône (MMA) geometry. Dizze parameters bepale net allinich de grutte en foarm fan 'e lasferbining, mar beynfloedzje ek de termyske syklus, koelsnelheid en mikrostruktuerfoarming tidens it lasproses.
Tabel 1. De ynfloed fan laserlasparameters op de geometryske parameters fan elke laspoel.
It ûndersyk lit sjen dat laserkrêft en lassnelheid de twa wichtichste prosesparameters binne dy't de geometry fan 'e laspoel beynfloedzje, lykas te sjen is yn tabel 1. Yn 't algemien, as de laserkrêft tanimt en de lassnelheid ôfnimt, nimt de djipte fan 'e laspoel ta, wylst de breedte relatyf min feroaret. Dit komt om't hegere laserkrêft mear enerzjy kin leverje, wêrtroch it materiaal rapper smelt en ferdampt, wat resulteart yn djippere kaaisgatten en plassen, lykas te sjen is yn figuer 1. As de laserkrêft lykwols te heech is of de lassnelheid te leech is, kin dit liede ta oerferhitting fan it materiaal, oermjittige ferdamping, en sels plasma-ôfskermingseffekt, wat de laskwaliteit sil ferminderje. Dêrom is it yn it eigentlike lasproses needsaaklik om de laserkrêft en lassnelheid ridlik te selektearjen neffens de spesifike materiaaleigenskippen en laseasken om de ideale laspoelgeometry te krijen.
Figuer 1. Ferskillende lasfoarmen foarme troch laserwaarmtegeliedingslassen en laserdjippe penetraasjelassen.
Neist laserkrêft en lassnelheid sille de termyske fysike eigenskippen fan it materiaal, de oerflaktetastân, it beskermjende gas en oare faktoaren ek ynfloed hawwe op 'e geometry fan' e laspoel. Bygelyks, hoe heger de termyske geliedingsfermogen fan it materiaal, hoe rapper de waarmte-oerdracht troch it materiaal, en hoe rapper de koelsnelheid fan 'e smeltende laach, wat kin resultearje yn in relatyf lytse grutte fan' e smeltende laach. De oerflakterûchheid en skjinens fan it materiaal sille ynfloed hawwe op 'e absorpsjesnelheid fan' e laser, en dan ynfloed hawwe op 'e foarming en stabiliteit fan' e smeltende laach. Derneist sille it type en de streamsnelheid fan it beskermjende gas ek in bepaalde ynfloed hawwe op 'e foarm en kwaliteit fan' e smeltende laach, it passende beskermjende gas kin effektyf foarkomme dat de smeltende laach oksidearret en fersmoarget, mar kin ek de oerflakspanning en streamkarakteristiken fan 'e smeltende laach oanpasse, om de laskwaliteit te ferbetterjen.
Figuer 2. Foarm fan 'e smeltende plas as de laser swaait.
Troch it feroarjen fan it trajekt fan 'e laserstriel kin de laserwobbel de foarm en skaaimerken fan 'e smeltende plas signifikant beynfloedzje, lykas te sjen is yn figuer 2. As de laserstriel wankelt, wurdt de foarm fan 'e smeltende plas unifoarmer en stabiler. De ossillearjende laserstriel makket in breder ferwaarme gebiet op it oerflak fan 'e plas, wêrtroch't de rânen fan 'e plas glêder wurde en skerpe rânen en unregelmjittige foarmen wurde fermindere. Dizze unifoarme ferwaarming helpt om de kwaliteit en meganyske eigenskippen fan 'e laske ferbining te ferbetterjen en lasdefekten lykas skuorren en poaren te ferminderjen. Derneist kin de laserswing ek de floeiberens fan 'e smeltende plas ferheegje, de ûntlading fan gassen en ûnreinheden yn 'e smeltende plas befoarderje, en de tichtheid en unifoarmiteit fan 'e laske ferbining fierder ferbetterje.
Dynamyk fan smeltende pools
Termodynamika fan smeltende plasen is in oar wichtich fjild yn ûndersyk nei laserlassen, dat giet oer de opname, oerdracht en konverzje fan laserenerzjy yn 'e smeltende plas, lykas de temperatuerfjildferdieling, koelsnelheid en fazeoergongsgedrach feroarsake troch dit. De termodynamyske skaaimerken fan 'e lasplas bepale net allinich de foarm en grutte fan 'e lasplas, mar beynfloedzje ek direkt de mikrostruktuer en meganyske eigenskippen fan 'e laske ferbining.
Yn it proses fan laserlassen, nei't de laserenerzjy troch it materiaal opnommen is, sil it in gebiet mei hege temperatuer yn 'e smeltende plas produsearje, wêrtroch't it materiaal smelt en ferdampt. Tagelyk sil waarmte oerdroegen wurde fan it gebiet mei hege temperatuer nei it gebiet mei lege temperatuer troch waarmtegelieding, konveksje en strieling, sadat de temperatuer fan it materiaal om 'e smeltende plas hinne sil tanimme, en dan ynfloed hat op 'e mikrostruktuer en eigenskippen fan it materiaal. Fanwegen de lytse grutte, grutte temperatuergradiënt en rappe koelsnelheid fan 'e smeltende plas, is it tige lestich om it temperatuerfjild en de koelsnelheid direkt te mjitten. Dêrom wurde de measte stúdzjes útfierd om de termodynamyske eigenskippen fan smeltende plasen te bestudearjen troch wiskundige modellen en numerike simulaasjemetoaden te fêstigjen.
Yn it termodynamyske model fan in smeltende plas moatte de folgjende wichtige faktoaren meastentiids yn oerweging nommen wurde: Earst, it absorpsjemeganisme fan laserenerzjy, ynklusyf de refleksje-, absorpsje- en transmissiekarakteristiken fan it oerflak fan it materiaal, en it ferspriedings- en absorpsjeproses fan 'e laser yn it materiaal. Ferskillende materialen en laserparameters sille liede ta ferskillende absorpsjesnelheden en enerzjyferdielingen, dy't it termodynamyske gedrach fan 'e smeltende plas beynfloedzje. Twad, de termyske fysike eigenskippen fan it materiaal, lykas spesifike waarmtekapasiteit, termyske geliedingsfermogen, tichtens, ensfh., dizze parameters sille feroarje mei de feroaring fan temperatuer, wat in wichtige ynfloed hat op it waarmte-oerdrachtproses. Derneist is it ek nedich om de floeistofstream en fazeferoaringsprosessen yn 'e smeltende plas te beskôgjen, lykas smelten, ferdamping en stolling, dy't de foarm en temperatuerfjildferdieling fan 'e smeltende plas feroarje, mar ek de mikrostruktuer en meganyske eigenskippen fan it materiaal beynfloedzje.
Troch numerike simulaasje en eksperimintele stúdzje hawwe de ûndersikers fûn dat de temperatuerfjildferdieling yn 'e smeltende plas meastentiids in wichtige net-uniformiteit presintearret, it gebiet mei hege temperatuer is benammen konsintrearre yn it laseraksjegebiet en it kaaisgat, en de temperatuer nimt stadichoan ôf nei de râne fan 'e smeltende plas en de waarmte-beynfloede sône. De koelsnelheid nimt ta mei de ôfname fan 'e grutte fan 'e smeltende plas en de tanimming fan 'e ôfstân fan it lasergebiet. Yn 't algemien is de koelsnelheid leger yn it sintrum fan 'e smeltende plas en it kaaisgatgebiet, wylst de koelsnelheid heger is oan 'e râne fan 'e smeltende plas en de waarmte-beynfloede sône, lykas te sjen is yn figuer 2. Dizze net-uniforme temperatuerfjild en koelsnelheidferdieling sille liede ta dúdlike gradiëntferoaringen yn 'e mikrostruktuer fan 'e laske ferbining, lykas nôtgrutte, fazekomposysje en ferdieling, dy't ynfloed hawwe op 'e meganyske eigenskippen en korrosjebestriding fan 'e laske ferbining.
Figuer 3. Simulaasjeresultaten fan kaaisgat- en smeltebadfoarming tidens laserdjippe penetraasjelassen fan roestfrij stielen plaat.
Om de termodynamyske skaaimerken fan it smeltebad te ferbetterjen, de laskwaliteit te ferbetterjen en lasfouten te ferminderjen, binne in searje optimalisaasjemetoaden en maatregels foarsteld. Bygelyks, troch it oanpassen fan laserparameters, lykas laserkrêft, lassnelheid, puntdiameter, ensfh., kinne de ynfiermodus en ferdieling fan laserenerzjy feroare wurde om it temperatuerfjild en de koelsnelheid fan it smeltebad te optimalisearjen. Derneist kin it termodynamyske gedrach en de mikrostruktuerûntwikkeling fan it smeltebad oanpast wurde troch gebrûk te meitsjen fan foarferwaarming, neiferwaarming, multi-passlassen en oare prosesmetoaden, lykas it brûken fan ferskate beskermjende gassen en lasatmosfearen. Tagelyk is it ûntwikkeljen fan nije lasmaterialen en legearingssystemen om de termyske stabiliteit en lasprestaasjes fan materialen te ferbetterjen ek ien fan 'e wichtige manieren om de termodynamyske skaaimerken fan smeltebaden te ferbetterjen.
De skaaimerken fan it laserlasbad binne de wichtichste faktoaren dy't ynfloed hawwe op 'e laskwaliteit, mikrostruktuer en meganyske eigenskippen. De yngeande stúdzje fan 'e geometry en termodynamyske skaaimerken fan it laserlasbad is fan grut belang foar it optimalisearjen fan it laserlasproses en it ferbetterjen fan 'e laseffisjinsje en kwaliteit. Troch in grut oantal eksperimintele ûndersiken en numerike simulaasje-analyses hawwe ûndersikers in searje wichtige ûndersyksresultaten berikt, dy't in sterke teoretyske stipe en technyske begelieding leverje foar de ûntwikkeling en tapassing fan laserlastechnology. D'r binne lykwols noch wat tekoartkommingen yn it hjoeddeiske ûndersyk, lykas de ferienfâldiging fan it model en tefolle oannames, en de foarsizzing fan 'e smeltbadkarakteristiken ûnder komplekse wurkomstannichheden is net krekt genôch. It systematyske en wiidweidige eksperimintele ûndersyk moat ferbettere wurde, en d'r is in gebrek oan yngeand ûndersyk nei mear materialen en lasparameters.
Pleatsingstiid: 28 febrewaris 2025
