Салттуу ширетүү технологиясы менен салыштырганда,лазер менен ширетүүширетүүнүн тактыгы, натыйжалуулугу, ишенимдүүлүгү, автоматташтыруусу жана башка аспектилери боюнча теңдешсиз артыкчылыктарга ээ. Акыркы жылдары ал автомобиль, энергетика, электроника жана башка тармактарда тездик менен өнүгүп, 21-кылымдагы эң келечектүү өндүрүш технологияларынын бири деп эсептелет.
1. Кош нурлуу жарыкка сереплазер менен ширетүү
Кош нурлуулазер менен ширетүүширетүү үчүн бир эле лазерди эки башка жарык нуруна бөлүү үчүн оптикалык ыкмаларды колдонуу же CO2 лазери, Nd: YAG лазери жана жогорку кубаттуулуктагы жарым өткөргүч лазер сыяктуу эки башка лазерди айкалыштыруу үчүн колдонуу болуп саналат. Баарын бириктирүүгө болот. Негизинен лазердик ширетүүнүн чогултуунун тактыгына ыңгайлашуу маселесин чечүү, ширетүү процессинин туруктуулугун жакшыртуу жана ширетүүнүн сапатын жакшыртуу сунушталган. Кош нурлуулазер менен ширетүүШиретүү температурасынын талаасын ыңгайлуу жана ийкемдүү түрдө тууралай алат, нурдун энергия катышын, нур аралыгын жана ал тургай эки лазер нурунун энергия бөлүштүрүү схемасын өзгөртүп, ачкыч тешиктин бар болуу схемасын жана эриген бассейндеги суюк металлдын агым схемасын өзгөртөт. Ширетүү процесстеринин кеңири тандоосун камсыз кылат. Ал чоң артыкчылыктарга гана ээ эмеслазер менен ширетүүкирүү, тез ылдамдык жана жогорку тактык, бирок ошондой эле кадимки ширетүү кыйын болгон материалдар жана муундар үчүн ылайыктуулазер менен ширетүү.
Кош нурлуу үчүнлазер менен ширетүү, биз алгач кош нурлуу лазерди ишке ашыруу ыкмаларын талкуулайбыз. Ар тараптуу адабияттар кош нурлуу ширетүүнүн эки негизги жолу бар экенин көрсөтөт: өткөргүчтүк фокустоо жана чагылдыруучу фокустоо. Тактап айтканда, бири фокустоочу күзгүлөр жана коллимациялык күзгүлөр аркылуу эки лазердин бурчун жана аралыгын тууралоо менен ишке ашат. Экинчиси лазер булагын колдонуу жана андан кийин чагылдыруучу күзгүлөр, өткөргүч күзгүлөр жана сына сымал күзгүлөр аркылуу фокустоо аркылуу кош нурларга жетишүү менен ишке ашат. Биринчи ыкма үчүн негизинен үч форма бар. Биринчи форма - эки лазерди оптикалык булалар аркылуу жупташтырып, аларды бир коллимациялык күзгү жана фокустоочу күзгүнүн астындагы эки башка нурга бөлүү. Экинчиси - эки лазер лазер нурларын тиешелүү ширетүүчү баштары аркылуу чыгарат жана ширетүүчү баштардын мейкиндик абалын тууралоо менен кош нур пайда болот. Үчүнчү ыкма - лазер нуру алгач эки күзгү 1 жана 2 аркылуу бөлүнүп, андан кийин тиешелүүлүгүнө жараша эки фокустоочу күзгү 3 жана 4 аркылуу фокусталат. Эки фокустук чекиттин ортосундагы абалды жана аралыкты эки фокустоочу күзгүнүн 3 жана 4 бурчтарын тууралоо менен тууралоого болот. Экинчи ыкма - кош нурларды алуу үчүн жарыкты бөлүү үчүн катуу абалдагы лазерди колдонуу жана перспективалык күзгү жана фокустоочу күзгү аркылуу бурчту жана аралыкты тууралоо. Төмөндөгү биринчи катардагы акыркы эки сүрөттө CO2 лазеринин спектроскопиялык системасы көрсөтүлгөн. Жалпак күзгү сына формасындагы күзгү менен алмаштырылып, фокустоочу күзгүнүн алдына коюлуп, кош нурлуу параллелдүү жарыкка жетүү үчүн жарыкты бөлүү максатында жайгаштырылат.
Кош нурларды колдонууну түшүнгөндөн кийин, ширетүүнүн принциптерин жана ыкмаларын кыскача тааныштыралы. Кош нурдалазер менен ширетүүпроцессте үч жалпы нурлуу түзүлүш бар, атап айтканда, ырааттуу түзүлүш, параллелдүү түзүлүш жана гибриддик түзүлүш. кездеме, башкача айтканда, ширетүү багытында да, ширетүүнүн вертикалдуу багытында да аралык бар. Сүрөттүн акыркы катарында көрсөтүлгөндөй, ырааттуу ширетүү процессинде ар кандай так аралыкта пайда болгон кичинекей тешиктердин жана эритилген көлмөлөрдүн ар кандай формаларына жараша, аларды андан ары бир эритилген көлмөлөргө бөлүүгө болот. Үч абал бар: көлмө, жалпы эритилген көлмө жана бөлүнгөн эритилген көлмө. Бир эритилген көлмөнүн жана бөлүнгөн эритилген көлмөнүн мүнөздөмөлөрү бир эритилген көлмөгө окшош.лазер менен ширетүү, сандык симуляция диаграммасында көрсөтүлгөндөй. Ар кандай түрлөрү үчүн ар кандай процесстик эффекттер бар.
1-тип: Белгилүү бир аралыкта эки нурлуу ачкыч тешик бир эле эриген бассейнде жалпы чоң ачкыч тешикти түзөт; 1-тип үчүн бир жарык нуру кичинекей тешик түзүү үчүн, ал эми экинчи жарык нуру ширетүүчү жылуулук менен иштетүү үчүн колдонулат, бул жогорку көмүртектүү болоттун жана эритме болоттун структуралык касиеттерин натыйжалуу жакшырта алат деп айтылат.
2-тип: Бир эле эриген бассейндеги тактардын аралыгын көбөйтүңүз, эки нурду эки көз карандысыз ачкыч тешикке бөлүңүз жана эриген бассейндин агым схемасын өзгөртүңүз; 2-тип үчүн анын функциясы эки электрондук нур менен ширетүүгө барабар, тиешелүү фокустук аралыкта ширетүүчү чачырандыларды жана туура эмес ширетүүлөрдү азайтат.
3-тип: Так аралыкты андан ары көбөйтүү жана эки устундун энергия катышын өзгөртүү, ошондо эки устундун бири ширетүү процессинде ширетүүгө чейинки же ширетүүдөн кийинки иштетүүнү жүргүзүү үчүн жылуулук булагы катары колдонулат, ал эми экинчи устун кичинекей тешиктерди пайда кылуу үчүн колдонулат. 3-тип үчүн изилдөө эки устун ачкыч тешикти пайда кылаарын, кичинекей тешикти бузуу оңой эместигин жана ширетүүдө тешиктерди пайда кылуу оңой эместигин көрсөттү.
2. Ширетүү процессинин ширетүүнүн сапатына тийгизген таасири
Ширетүүчү тигиштин пайда болушуна сериялык нур-энергия катышынын таасири
Лазердин кубаттуулугу 2 кВт болгондо, ширетүү ылдамдыгы 45 мм/с, дефокустоо көлөмү 0 мм жана нур аралыгы 3 мм болгондо, RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) өзгөргөндө ширетүүчү беттин формасы сүрөттө көрсөтүлгөндөй болот. RS=0.50 жана 2.00 болгондо, ширетүү көбүрөөк деңгээлде майышып, ширетүүчү жикте көбүрөөк чачыратуу пайда болот, бирок кадимки балык кабырчыктарынын үлгүлөрү пайда болбойт. Себеби, нурдун энергия катышы өтө кичинекей же өтө чоң болгондо, лазердин энергиясы өтө концентрацияланган, бул лазердин тешигин ширетүү процессинде олуттуу термелүүгө алып келет, ал эми буунун артка кайтуу басымы эриген бассейндеги эриген бассейн металлынын чыгарылышына жана чачырашына алып келет; ашыкча жылуулуктун кириши алюминий эритмесинин тарабындагы эриген бассейндин кирүү тереңдигинин өтө чоң болушуна алып келет, бул тартылуу күчүнүн таасири астында чуңкур пайда кылат. RS=0,67 жана 1,50 болгондо, ширетүүчү беттеги балык кабырчыктарынын үлгүсү бирдей болот, ширетүүчү форма коозураак болот жана ширетүүчү бетинде көрүнгөн ысык жаракалар, тешикчелер жана башка ширетүүчү кемчиликтер жок. Ар кандай нур энергиясынын катышы RS болгон ширетүүчүлөрдүн кесилиш формалары сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Ширетүүчүлөрдүн кесилиши типтүү "шарап бокалынын формасында", бул ширетүү процесси лазердик тереңдикке кирүү ширетүү режиминде жүргүзүлөрүн көрсөтүп турат. RS алюминий эритмеси тарабындагы ширетүүчүнүн P2 кирүү тереңдигине маанилүү таасир этет. Нур энергиясынын катышы RS=0,5 болгондо, P2 1203,2 микронду түзөт. Нур энергиясынын катышы RS=0,67 жана 1,5 болгондо, P2 бир кыйла азаят, алар тиешелүү түрдө 403,3 микрон жана 93,6 микронду түзөт. Нур энергиясынын катышы RS=2 болгондо, муундун кесилишинин ширетүүчү кирүү тереңдиги 1151,6 микронду түзөт.
Ширетүүчү тигиштин пайда болушуна параллель нур-энергия катышынын таасири
Лазердин кубаттуулугу 2,8 кВт болгондо, ширетүү ылдамдыгы 33 мм/с, дефокустоо көлөмү 0 мм жана нурдун аралыгы 1 мм болгондо, ширетүүчү бет нурдун энергия катышын өзгөртүү менен алынат (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4). Көрүнүшү сүрөттө көрсөтүлгөн. RS=2 болгондо, ширетүүчү беттеги балык кабырчыктарынын үлгүсү салыштырмалуу бирдей эмес. Башка беш башка нурдун энергия катышы менен алынган ширетүүчү бет жакшы калыптанган жана тешикчелер жана чачырандылар сыяктуу көрүнгөн кемчиликтер жок. Ошондуктан, сериялык кош нур менен салыштыргандалазер менен ширетүү, параллель кош нурларды колдонгон ширетүүчү бет бир калыпта жана кооз болот. RS=0,25 болгондо, ширетүүдө бир аз чуңкур пайда болот; нурдун энергия катышы акырындык менен жогорулаган сайын (RS=0,5, 0,67 жана 1,5), ширетүүчү бет бирдей болот жана чуңкур пайда болбойт; бирок, нурдун энергия катышы андан ары жогорулаганда (RS=1,50, 2,00), бирок ширетүүчү бетте чуңкурлар пайда болот. Нурдун энергия катышы RS=0,25, 1,5 жана 2 болгондо, ширетүүчүнүн кесилиш формасы "шарап бокалынын формасында" болот; RS=0,50, 0,67 жана 1 болгондо, ширетүүчүнүн кесилиш формасы "воронка сымал" болот. RS=4 болгондо, ширетүүчүнүн түбүндө жаракалар гана эмес, ошондой эле ширетүүчүнүн ортоңку жана төмөнкү бөлүктөрүндө кээ бир тешикчелер пайда болот. RS=2 болгондо, ширетүүчүнүн ичинде чоң процесстик тешикчелер пайда болот, бирок жаракалар пайда болбойт. RS=0,5, 0,67 жана 1,5 болгондо, алюминий эритмеси тарабындагы ширетүүнүн P2 кирүү тереңдиги кичине болот жана ширетүүнүн кесилиши жакшы калыптанган жана эч кандай айкын ширетүүчү кемчиликтер пайда болбойт. Булар параллель кош нурлуу лазердик ширетүү учурундагы нур энергиясынын катышы да ширетүүнүн кирүүсүнө жана ширетүүнүн кемчиликтерине маанилүү таасир этерин көрсөтүп турат.
Параллель устун – ширетүүчү тигиштин пайда болушуна устундардын аралыгынын таасири
Лазердин кубаттуулугу 2,8 кВт болгондо, ширетүү ылдамдыгы 33 мм/с, дефокустоо көлөмү 0 мм жана нур энергиясынын катышы RS=0,67 болгондо, сүрөттө көрсөтүлгөндөй ширетүү бетинин морфологиясын алуу үчүн нур аралыгын (d=0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм) өзгөртүңүз. d=0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм болгондо, ширетүүнүн бети жылмакай жана жалпак болот, формасы кооз болот; ширетүүнүн балык кабырчыктарынын үлгүсү үзгүлтүксүз жана кооз болот, ошондой эле көрүнгөн тешикчелер, жаракалар жана башка кемчиликтер жок. Ошондуктан, төрт нур аралыгы шартында ширетүүнүн бети жакшы калыптанат. Мындан тышкары, d=2 мм болгондо, эки башка ширетүүнүн пайда болушу эки параллелдүү лазер нурунун эриген көлмөгө таасир этпей турганын жана натыйжалуу кош нурлуу лазердик гибриддик ширетүүнү түзө албастыгын көрсөтүп турат. Нурдун аралыгы 0,5 мм болгондо, ширетүү "воронка сымал" болот, алюминий эритмеси тарабындагы ширетүүнүн P2 кирүү тереңдиги 712,9 микронду түзөт жана ширетүүнүн ичинде жаракалар, тешикчелер жана башка кемчиликтер жок. Нурдун аралыгы көбөйгөн сайын, алюминий эритмеси тарабындагы ширетүүнүн P2 кирүү тереңдиги бир кыйла төмөндөйт. Нурдун аралыгы 1 мм болгондо, алюминий эритмеси тарабындагы ширетүүнүн кирүү тереңдиги болгону 94,2 микронду түзөт. Нурдун аралыгы андан ары көбөйгөн сайын, ширетүүнүн алюминий эритмеси тарабында натыйжалуу кирүү пайда болбойт. Ошондуктан, нурдун аралыгы 0,5 мм болгондо, кош нурдун рекомбинация эффектиси эң жакшы болот. Нурдун аралыгы көбөйгөн сайын, ширетүүнүн жылуулук киргизүүсү кескин төмөндөйт жана эки нурлуу лазердин рекомбинация эффектиси акырындык менен начарлайт.
Ширетүү морфологиясындагы айырмачылык ширетүү процессинде эритилген көлмөнүн ар кандай агымы жана муздатуу менен катууланышынан келип чыгат. Сандык симуляция ыкмасы эритилген көлмөнүн чыңалуу анализин интуитивдүү кылып гана тим болбостон, эксперименталдык чыгымдарды да азайта алат. Төмөндөгү сүрөттө бир нурлуу каптал эритилген көлмөдөгү өзгөрүүлөр, ар кандай жайгашуулар жана тактардын аралыгы көрсөтүлгөн. Негизги тыянактар төмөнкүлөрдү камтыйт: (1) Бир нурлуу кезделазер менен ширетүүпроцессте, эриген көлмөнүн тешигинин тереңдиги эң терең болгондо, тешиктердин кулашы байкалат, тешиктин дубалы бирдей эмес жана тешиктин дубалына жакын жерде агым талаасынын бөлүштүрүлүшү бирдей эмес; эриген көлмөнүн арткы бетине жакын жерде кайра агып кетүү күчтүү жана эриген көлмөнүн түбүндө өйдө карай кайра агып кетүү бар; бетиндеги эриген көлмөнүн агым талаасынын бөлүштүрүлүшү салыштырмалуу бирдей жана жай, ал эми эриген көлмөнүн туурасы тереңдик багыты боюнча бирдей эмес. Эриген көлмөдөгү эки нурлуу кичинекей тешиктердин ортосундагы дубалдын артка кайтуу басымынан улам бузулуу бар.лазер менен ширетүү, жана ал ар дайым кичинекей тешиктердин тереңдик багыты боюнча болот. Эки нурдун ортосундагы аралык өсө берген сайын, нурдун энергия тыгыздыгы акырындык менен бир чокудан кош чоку абалына өтөт. Эки чокунун ортосунда минималдуу маани бар жана энергия тыгыздыгы акырындык менен төмөндөйт. (2) Кош нур үчүнлазер менен ширетүү, тактардын аралыгы 0-0,5 мм болгондо, эриген бассейндин кичинекей тешиктеринин тереңдиги бир аз төмөндөйт жана эриген бассейндин жалпы агымынын жүрүм-туруму бир нурлууга окшошлазер менен ширетүү; Тактардын аралыгы 1 мм жогору болгондо, кичинекей тешиктер толугу менен бөлүнөт жана ширетүү процессинде эки лазердин ортосунда дээрлик эч кандай өз ара аракеттенүү болбойт, бул 1750 Вт кубаттуулуктагы эки удаалаш/эки параллель бир нурлуу лазердик ширетүүгө барабар. Алдын ала ысытуу эффектиси дээрлик жок жана эриген көлмөнүн агымынын жүрүм-туруму бир нурлуу лазердик ширетүүгө окшош. (3) Тактардын аралыгы 0,5-1 мм болгондо, кичинекей тешиктердин дубал бети эки жайгаштырууда тегиз болуп, кичинекей тешиктердин тереңдиги акырындык менен азаят жана түбү акырындык менен ажырайт. Кичинекей тешиктер менен беттик эриген көлмөнүн агымынын ортосундагы бузулуу 0,8 мм. Эң күчтүүсү. Сериялык ширетүү үчүн, эриген көлмөнүн узундугу акырындык менен көбөйөт, тактардын аралыгы 0,8 мм болгондо туурасы эң чоң болот жана алдын ала ысытуу эффектиси тактардын аралыгы 0,8 мм болгондо эң айкын болот. Марангони күчүнүн таасири акырындык менен алсырайт жана эриген көлмөнүн эки тарабына көбүрөөк металл суюктугу агат. Эритменин туурасынын бөлүштүрүлүшүн бирдей кылыңыз. Параллель ширетүү үчүн, эритилген бассейндин туурасы акырындык менен жогорулайт жана узундугу 0,8 мм максималдуу болот, бирок алдын ала ысытуу эффектиси жок; Марангони күчүнөн улам пайда болгон бетке жакын жердеги кайра агып чыгуу ар дайым бар жана кичинекей тешиктин түбүндөгү ылдый карай кайра агып чыгуу акырындык менен жок болот; кесилиш агым талаасы жакшы эмес, ал удаалаш күчтүү, баш аламандык эритилген бассейндин эки тарабындагы агымга дээрлик таасир этпейт жана эритилген туурасы бирдей эмес бөлүштүрүлгөн.
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 12-октябры
