Заманбап өндүрүштө,лазердик ширетүү технологиясыаэрокосмостуктан баштап автомобиль өндүрүшүнө, электрондук жабдуулардан медициналык шаймандарга чейин ар кандай тармактарда кеңири колдонулат, анын жогорку натыйжалуулугу, тактыгы жана ыңгайлашуусу сыяктуу артыкчылыктары бар. Бул технологиянын өзөгү лазердин материал менен өз ара аракеттениши болуп саналат, ал эриген көлмөнү пайда кылат жана тез катууланат, ошону менен металл бөлүктөрүн туташтырууга мүмкүндүк берет. Ширетүүчү көлмө лазердик ширетүүдө негизги багыт болуп саналат жана анын мүнөздөмөлөрү ширетүүнүн сапатын, микроструктурасын жана акыркы көрсөткүчтөрүн түздөн-түз аныктайт. Ошондуктан, эриген көлмөнүн мүнөздөмөлөрүн терең түшүнүү жана так көзөмөлдөө лазердик ширетүү технологиясынын деңгээлин жогорулатуу жана өнөр жай өндүрүшүндөгү жогорку сапаттагы ширетилген муундардын муктаждыктарын канааттандыруу үчүн абдан маанилүү.
Эритилген бассейндин геометриясы
Ширетүүчү бассейндин геометриясы лазердик ширетүү изилдөөлөрүндө маанилүү аспект болуп саналат, анткени ал ширетүү процессинде жылуулуктун өтүшүнө, материалдын агымына жана акыркы ширетүүнүн сапатына түздөн-түз таасир этет. Эриген бассейндин формасы, адатта, анын тереңдиги, туурасы, аспект катышы, жылуулук таасир этүүчү зонанын (HAZ) геометриясы, ачкыч тешиктин геометриясы жана эриген металл зонасынын (MMA) геометриясы менен сүрөттөлөт. Бул параметрлер ширетилген муундун өлчөмүн жана формасын гана аныктабастан, ошондой эле ширетүү процессинде жылуулук циклине, муздатуу ылдамдыгына жана микроструктуранын пайда болушуна да таасир этет.
1-таблица. Лазердик ширетүү параметрлеринин ар бир ширетүүчү бассейндин геометриялык параметрлерине тийгизген таасири.
Изилдөөлөр көрсөткөндөй, лазердин күчү жана ширетүү ылдамдыгы 1-таблицада көрсөтүлгөндөй, ширетүү бассейнинин геометриясына таасир этүүчү эки негизги процесстик параметр болуп саналат. Жалпысынан алганда, лазердин күчү жогорулаган сайын жана ширетүү ылдамдыгы азайган сайын, ширетүү бассейнинин тереңдиги жогорулайт, ал эми туурасы салыштырмалуу аз өзгөрөт. Себеби, жогорку лазердин күчү көбүрөөк энергия бере алат, бул материалдын тезирээк эрип, бууланышына мүмкүндүк берет, натыйжада 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, тереңирээк ачкыч тешиктер жана бассейндер пайда болот. Бирок, лазердин күчү өтө жогору болгондо же ширетүү ылдамдыгы өтө төмөн болгондо, бул материалдын ысып кетишине, ашыкча бууланышына жана ал тургай плазмалык коргоо эффектине алып келиши мүмкүн, бул ширетүүнүн сапатын төмөндөтөт. Ошондуктан, чыныгы ширетүү процессинде идеалдуу ширетүү бассейнинин геометриясын алуу үчүн, материалдын мүнөздөмөлөрүнө жана ширетүү талаптарына ылайык лазердин күчүн жана ширетүү ылдамдыгын акылга сыярлык тандоо керек.
1-сүрөт. Лазердик жылуулук өткөрүмдүүлүк менен ширетүү жана лазердик терең кирүү менен ширетүү аркылуу пайда болгон ар кандай ширетүү формалары.
Лазердин күчү жана ширетүү ылдамдыгынан тышкары, материалдын жылуулук-физикалык касиеттери, беттик абалы, коргоочу газ жана башка факторлор да ширетүү бассейнинин геометриясына таасирин тийгизет. Мисалы, материалдын жылуулук өткөрүмдүүлүгү канчалык жогору болсо, материал аркылуу жылуулуктун өтүшү ошончолук тез болот жана эриген бассейндин муздатуу ылдамдыгы ошончолук тез болот, бул эриген бассейндин салыштырмалуу кичинекей өлчөмүнө алып келиши мүмкүн. Материалдын бетинин оройлугу жана тазалыгы лазердин сиңирүү ылдамдыгына таасир этет, андан кийин эриген бассейндин пайда болушуна жана туруктуулугуна таасир этет. Мындан тышкары, коргоочу газдын түрү жана агым ылдамдыгы да эриген бассейндин формасына жана сапатына белгилүү бир таасирин тийгизет, тиешелүү коргоочу газ эриген бассейндин кычкылдануудан жана булгануудан натыйжалуу алдын алат, ошондой эле эриген бассейндин беттик чыңалуусун жана агым мүнөздөмөлөрүн тууралап, ширетүүнүн сапатын жакшырта алат.
2-сүрөт. Лазер термелип тургандагы эриген көлмөнүн формасы.
Лазер нурунун траекториясын өзгөртүү менен, лазердин термелүүсү эритилген көлмөнүн формасына жана мүнөздөмөлөрүнө олуттуу таасир этиши мүмкүн, бул 2-сүрөттө көрсөтүлгөн. Лазер нуру термелген сайын, эритилген көлмөнүн формасы бир калыпта жана туруктуу болуп калат. Термелүүчү лазер нуру көлмөнүн бетинде кеңири ысытылган аймакты түзөт, көлмөнүн четтерин жылмакай кылат жана курч четтерди жана туура эмес формаларды азайтат. Мындай бир калыпта жылытуу ширетилген муундун сапатын жана механикалык касиеттерин жакшыртууга жана жаракалар жана тешикчелер сыяктуу ширетүүчү кемчиликтерди азайтууга жардам берет. Мындан тышкары, лазердин термелүүсү эритилген көлмөнүн суюктугун жогорулатып, эритилген көлмөдөгү газдардын жана кошулмалардын чыгышына өбөлгө түзүп, ширетилген муундун тыгыздыгын жана бир калыпталыгын андан ары жакшырта алат.
Эриген бассейндин динамикасы
Эритилген бассейндин термодинамикасы лазердик ширетүү изилдөөсүндөгү дагы бир маанилүү багыт болуп саналат, ал эритилген бассейнде лазер энергиясын сиңирүүнү, өткөрүп берүүнү жана конвертациялоону, ошондой эле андан келип чыккан температура талаасынын бөлүштүрүлүшүн, муздатуу ылдамдыгын жана фазалык өтүү жүрүм-турумун камтыйт. Ширетүүчү бассейндин термодинамикалык мүнөздөмөлөрү ширетүүчү бассейндин формасын жана өлчөмүн гана аныктабастан, ширетилген муундун микроструктурасына жана механикалык касиеттерине түздөн-түз таасир этет.
Лазердик ширетүү процессинде, лазер энергиясы материал тарабынан сиңирилгенден кийин, эритүүчү бассейнде жогорку температуралуу аймак пайда болуп, материалдын эрип, бууланышына алып келет. Ошол эле учурда, жылуулук жылуулук өткөрүмдүүлүк, конвекция жана нурлануу аркылуу жогорку температуралуу аймактан төмөнкү температуралуу аймакка өтөт, ошондуктан эритилген бассейндин айланасындагы материалдын температурасы жогорулап, андан кийин материалдын микроструктурасына жана касиеттерине таасир этет. Эритилген бассейндин кичинекей өлчөмү, чоң температура градиенти жана тез муздатуу ылдамдыгынан улам, температура талаасын жана муздатуу ылдамдыгын түздөн-түз өлчөө өтө кыйын. Ошондуктан, көпчүлүк изилдөөлөр математикалык моделдерди жана сандык симуляция ыкмаларын түзүү аркылуу эритилген бассейндердин термодинамикалык касиеттерин изилдөө үчүн жүргүзүлөт.
Эриген көлмөнүн термодинамикалык моделинде, адатта, төмөнкү негизги факторлорду эске алуу керек: Биринчиден, материалдын бетинин чагылышы, сиңирилиши жана өткөрүлүшү мүнөздөмөлөрүн камтыган лазер энергиясынын сиңирүү механизми, ошондой эле материалдын ичиндеги лазердин чачырашы жана сиңирүү процесси. Ар кандай материалдар жана лазер параметрлери ар кандай сиңирүү ылдамдыгына жана энергиянын бөлүштүрүлүшүнө алып келет, бул эриген көлмөнүн термодинамикалык жүрүм-турумуна таасир этет. Экинчиден, материалдын жылуулук физикалык касиеттери, мисалы, салыштырмалуу жылуулук сыйымдуулугу, жылуулук өткөрүмдүүлүгү, тыгыздыгы ж.б., бул параметрлер температуранын өзгөрүшү менен өзгөрөт, бул жылуулук алмашуу процессине маанилүү таасирин тийгизет. Мындан тышкары, эриген көлмөдөгү суюктуктун агымын жана фазанын өзгөрүш процесстерин, мисалы, эрүү, буулануу жана катуулануу процесстерин эске алуу керек, алар эриген көлмөнүн формасын жана температура талаасынын бөлүштүрүлүшүн өзгөртөт, бирок ошондой эле материалдын микроструктурасына жана механикалык касиеттерине таасир этет.
Сандык симуляция жана эксперименталдык изилдөө аркылуу изилдөөчүлөр эритилген көлмөдөгү температура талаасынын бөлүштүрүлүшү, адатта, бир калыпта эместигин, жогорку температура аймагы негизинен лазердин таасир этүү аймагында жана ачкыч тешикте топтолгонун жана температура акырындык менен эритилген көлмөнүн четине жана жылуулукка таасир этүүчү зонага чейин төмөндөй турганын аныкташкан. Муздатуу ылдамдыгы эритилген көлмөнүн өлчөмүнүн кичирейиши жана лазердик аймактан алыстоо менен жогорулайт. Жалпысынан алганда, муздатуу ылдамдыгы эритилген көлмөнүн борборунда жана ачкыч тешикте төмөн, ал эми муздатуу ылдамдыгы эритилген көлмөнүн четинде жана жылуулукка таасир этүүчү зонада жогору болот, 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Бул бирдей эмес температура талаасы жана муздатуу ылдамдыгынын бөлүштүрүлүшү ширетилген муундун микроструктурасында дандын өлчөмү, фазалык курамы жана бөлүштүрүлүшү сыяктуу градиенттин айкын өзгөрүүлөрүнө алып келет, бул ширетилген муундун механикалык касиеттерине жана коррозияга туруктуулугуна таасир этет.
3-сүрөт. Дат баспас болоттон жасалган плитаны лазер менен терең кирип ширетүү учурунда кулпу тешиктерин жана эриген көлмөнүн пайда болушун симуляциялоонун жыйынтыктары.
Эриген бассейндин термодинамикалык мүнөздөмөлөрүн жакшыртуу, ширетүүнүн сапатын жакшыртуу жана ширетүүнүн кемчиликтерин азайтуу үчүн бир катар оптималдаштыруу ыкмалары жана чаралары сунушталган. Мисалы, лазердин кубаттуулугу, ширетүү ылдамдыгы, так диаметри ж.б. сыяктуу лазер параметрлерин тууралоо менен, эриген бассейндин температура талаасын жана муздатуу ылдамдыгын оптималдаштыруу үчүн лазер энергиясынын киргизүү режимин жана бөлүштүрүлүшүн өзгөртүүгө болот. Мындан тышкары, эриген бассейндин термодинамикалык жүрүм-турумун жана микроструктурасынын эволюциясын алдын ала ысытуу, ысытуудан кийинки, көп өтмө ширетүү жана башка процесстик ыкмаларды колдонуу менен, ошондой эле ар кандай коргоочу газдарды жана ширетүү атмосфераларын колдонуу менен тууралоого болот. Ошол эле учурда, материалдардын жылуулук туруктуулугун жана ширетүү натыйжалуулугун жакшыртуу үчүн жаңы ширетүү материалдарын жана эритме системаларын иштеп чыгуу да эриген бассейндердин термодинамикалык мүнөздөмөлөрүн жакшыртуунун маанилүү жолдорунун бири болуп саналат.
Лазердик ширетүү бассейнинин мүнөздөмөлөрү ширетүүнүн сапатына, микроструктурасына жана механикалык касиеттерине таасир этүүчү негизги факторлор болуп саналат. Лазердик ширетүү бассейнинин геометриясын жана термодинамикалык мүнөздөмөлөрүн терең изилдөө лазердик ширетүү процессин оптималдаштыруу жана ширетүүнүн натыйжалуулугун жана сапатын жакшыртуу үчүн чоң мааниге ээ. Көптөгөн эксперименталдык изилдөөлөр жана сандык симуляциялык анализ аркылуу изилдөөчүлөр бир катар маанилүү изилдөө жыйынтыктарына жетишти, алар лазердик ширетүү технологиясын иштеп чыгуу жана колдонуу үчүн күчтүү теориялык колдоо жана техникалык көрсөтмөлөрдү берет. Бирок, учурдагы изилдөөлөрдө дагы эле моделдин жөнөкөйлөштүрүлүшү жана өтө көп божомолдор сыяктуу кемчиликтер бар, ошондой эле татаал жумуш шарттарында эритүүчү бассейндин мүнөздөмөлөрүн алдын ала айтуу жетиштүү деңгээлде так эмес. Системалуу жана комплекстүү эксперименталдык изилдөөлөрдү жакшыртуу керек, жана көбүрөөк материалдар жана ширетүү параметрлери боюнча терең изилдөөлөр жетишсиз.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 28-февралы
