შედუღების ტრადიციულ ტექნოლოგიასთან შედარებით,ლაზერული შედუღებააქვს შეუდარებელი უპირატესობები შედუღების სიზუსტით, ეფექტურობით, საიმედოობით, ავტომატიზაციისა და სხვა ასპექტებით. ბოლო წლებში ის სწრაფად განვითარდა ავტომობილების, ენერგეტიკის, ელექტრონიკის და სხვა სფეროებში და ითვლება 21-ე საუკუნის წარმოების ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ ტექნოლოგიად.
1. ორმაგი სხივის მიმოხილვალაზერული შედუღება
ორმაგი სხივილაზერული შედუღებაარის ოპტიკური მეთოდების გამოყენება ერთი და იგივე ლაზერის ორ ცალკეულ სინათლის სხივად გამოსაყოფად შედუღებისთვის, ან ორი განსხვავებული ტიპის ლაზერის გამოყენება, როგორიცაა CO2 ლაზერი, Nd: YAG ლაზერი და მაღალი სიმძლავრის ნახევარგამტარული ლაზერი. ყველა შეიძლება გაერთიანდეს. იგი ძირითადად შემოთავაზებული იყო ლაზერული შედუღების ადაპტაციის გადასაჭრელად შეკრების სიზუსტეზე, შედუღების პროცესის სტაბილურობის გასაუმჯობესებლად და შედუღების ხარისხის გასაუმჯობესებლად. ორმაგი სხივილაზერული შედუღებაშეუძლია მოხერხებულად და მოქნილად დაარეგულიროს შედუღების ტემპერატურის ველი სხივის ენერგიის თანაფარდობის, სხივის მანძილის და ორი ლაზერული სხივის ენერგიის განაწილების ნიმუშის შეცვლით, გასაღების ხვრელის არსებობისა და თხევადი ლითონის დინების ნიმუშის შეცვლით გამდნარ აუზში. უზრუნველყოფს შედუღების პროცესების უფრო ფართო არჩევანს. მას აქვს არა მხოლოდ დიდი უპირატესობალაზერული შედუღებაშეღწევადობა, სწრაფი სიჩქარე და მაღალი სიზუსტე, მაგრამ ასევე შესაფერისია მასალებისა და სახსრებისთვის, რომლებიც ძნელია შედუღება ჩვეულებრივთანლაზერული შედუღება.
ორმაგი სხივისთვისლაზერული შედუღება, პირველ რიგში განვიხილავთ ორმაგი სხივის ლაზერის განხორციელების მეთოდებს. ყოვლისმომცველი ლიტერატურა აჩვენებს, რომ ორმაგი სხივის შედუღების მიღწევის ორი ძირითადი გზა არსებობს: გადაცემის ფოკუსირება და არეკვლის ფოკუსირება. კონკრეტულად, ერთი მიიღწევა ორი ლაზერის კუთხისა და მანძილის რეგულირებით ფოკუსირებული სარკეებისა და შეჯამებული სარკეების მეშვეობით. მეორე მიიღწევა ლაზერული წყაროს გამოყენებით და შემდეგ ფოკუსირებით ამრეკლავი სარკეების, გადამცემი სარკეების და სოლის ფორმის სარკეების მეშვეობით ორმაგი სხივების მისაღწევად. პირველი მეთოდისთვის ძირითადად სამი ფორმაა. პირველი ფორმა არის ორი ლაზერის შეერთება ოპტიკური ბოჭკოების მეშვეობით და მათი დაყოფა ორ განსხვავებულ სხივად ერთი და იმავე შეჯახებისა და ფოკუსირებული სარკის ქვეშ. მეორე არის ის, რომ ორი ლაზერი გამოსცემს ლაზერულ სხივებს მათი შედუღების თავების მეშვეობით და ორმაგი სხივი იქმნება შედუღების თავების სივრცითი პოზიციის რეგულირებით. მესამე მეთოდი არის ის, რომ ლაზერის სხივი ჯერ იყოფა ორ სარკეში 1 და 2, შემდეგ კი ორი ფოკუსირებული სარკე 3 და 4 შესაბამისად. პოზიცია და მანძილი ორ კერას შორის შეიძლება დარეგულირდეს ორი ფოკუსირებული სარკის 3 და 4 კუთხის რეგულირებით. მეორე მეთოდი არის მყარი მდგომარეობის ლაზერის გამოყენება შუქის გასაყოფად ორმაგი სხივების მისაღწევად და კუთხის დარეგულირება. დაშორება პერსპექტიულ სარკეში და ფოკუსირებულ სარკეში. ბოლო ორი სურათი პირველ რიგში ქვემოთ გვიჩვენებს CO2 ლაზერის სპექტროსკოპიულ სისტემას. ბრტყელი სარკე შეიცვალა სოლის ფორმის სარკით და მოთავსებულია ფოკუსირებული სარკის წინ, რათა გაიყოს შუქი ორმაგი სხივის პარალელური სინათლის მისაღწევად.
ორმაგი სხივების განხორციელების გააზრების შემდეგ, მოკლედ გავაცნოთ შედუღების პრინციპები და მეთოდები. ორ სხივშილაზერული შედუღებაპროცესი, არსებობს სამი საერთო სხივის მოწყობა, კერძოდ, სერიული მოწყობა, პარალელური მოწყობა და ჰიბრიდული მოწყობა. ქსოვილი, ანუ არის მანძილი როგორც შედუღების მიმართულებით, ასევე შედუღების ვერტიკალური მიმართულებით. როგორც ნახატის ბოლო სტრიქონზეა ნაჩვენები, მცირე ხვრელებისა და მდნარი აუზების სხვადასხვა ფორმის მიხედვით, რომლებიც ჩნდება სერიული შედუღების პროცესის დროს სხვადასხვა წერტილში, ისინი შეიძლება შემდგომ დაიყოს ერთ დნობად. არსებობს სამი მდგომარეობა: აუზი, საერთო მდნარი აუზი და გამოყოფილი გამდნარი აუზი. ერთჯერადი გამდნარი აუზის და გამოყოფილი გამდნარი აუზის მახასიათებლები იგივეა, რაც ერთჯერადილაზერული შედუღება, როგორც ნაჩვენებია რიცხვითი სიმულაციის დიაგრამაში. არსებობს სხვადასხვა პროცესის ეფექტი სხვადასხვა ტიპისთვის.
ტიპი 1: გარკვეული ადგილის დაშორებით, ორი სხივის გასაღებები ქმნის საერთო დიდ გასაღების ხვრელს იმავე გამდნარ აუზში; 1 ტიპისთვის, მოხსენებულია, რომ სინათლის ერთი სხივი გამოიყენება პატარა ხვრელის შესაქმნელად, ხოლო სინათლის მეორე სხივი გამოიყენება შედუღების სითბოს დამუშავებისთვის, რომელსაც შეუძლია ეფექტურად გააუმჯობესოს ნახშირბადოვანი ფოლადის და შენადნობი ფოლადის სტრუქტურული თვისებები.
ტიპი 2: გაზარდეთ ლაქების მანძილი იმავე დნობის აუზში, გამოყავით ორი სხივი ორ დამოუკიდებელ გასაღებში და შეცვალეთ გამდნარი აუზის დინების სქემა; მე-2 ტიპისთვის, მისი ფუნქცია უდრის ორი ელექტრონული სხივის შედუღებას, ამცირებს შედუღების გაფანტვას და არარეგულარულ შედუღებებს შესაბამის ფოკუსურ სიგრძეზე.
ტიპი 3: კიდევ გაზარდეთ ლაქების მანძილი და შეცვალეთ ორი სხივის ენერგეტიკული თანაფარდობა, ისე, რომ ორი სხივიდან ერთი გამოყენებული იყოს სითბოს წყაროდ შედუღებამდე ან შედუღების შემდგომ დამუშავების შესასრულებლად შედუღების პროცესში, ხოლო მეორე სხივი. გამოიყენება მცირე ხვრელების შესაქმნელად. მე-3 ტიპისთვის, კვლევამ აჩვენა, რომ ორი სხივი ქმნის გასაღების ხვრელს, პატარა ხვრელი არ არის ადვილი დასანგრევი და შედუღება ადვილი არ არის ფორების წარმოქმნა.
2. შედუღების პროცესის გავლენა შედუღების ხარისხზე
სერიული სხივ-ენერგიის თანაფარდობის ეფექტი შედუღების ნაკერების ფორმირებაზე
როდესაც ლაზერის სიმძლავრეა 2 კვტ, შედუღების სიჩქარეა 45 მმ/წმ, დეფოკუსის რაოდენობა 0 მმ და სხივის მანძილი 3 მმ, შედუღების ზედაპირის ფორმა RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) არის ისეთი. ნაჩვენებია ფიგურაში. როდესაც RS=0.50 და 2.00, შედუღება უფრო დიდი ზომით არის ჩაღრმავებული, და მეტი ნაპერწკალია შედუღების კიდეზე, თევზის ქერცლების რეგულარული ფორმირების გარეშე. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც სხივის ენერგიის კოეფიციენტი ძალიან მცირეა ან ძალიან დიდია, ლაზერის ენერგია ძალიან კონცენტრირებულია, რაც იწვევს ლაზერის ხვრელის უფრო სერიოზულ რყევას შედუღების პროცესში და ორთქლის უკუცემის წნევა იწვევს დნობის გამოდევნას და შესხურებას. აუზის ლითონი გამდნარ აუზში; გადაჭარბებული სითბოს შეყვანა იწვევს ალუმინის შენადნობის მხარეს დნობის აუზის შეღწევადობის სიღრმეს ძალიან დიდს, რაც იწვევს დეპრესიას გრავიტაციის მოქმედებით. როდესაც RS=0.67 და 1.50, თევზის ქერცლის ნიმუში შედუღების ზედაპირზე არის ერთგვაროვანი, შედუღების ფორმა უფრო ლამაზია და არ არის შესამჩნევი შედუღების ცხელი ბზარები, ფორები და სხვა შედუღების დეფექტები შედუღების ზედაპირზე. სხვადასხვა სხივის ენერგიის თანაფარდობით RS შედუღების კვეთის ფორმები, როგორც ნაჩვენებია სურათზე. შედუღების ჯვარი არის ტიპიური „ღვინის შუშის ფორმა“, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ შედუღების პროცესი მიმდინარეობს ლაზერული ღრმა შეღწევადობის შედუღების რეჟიმში. RS-ს აქვს მნიშვნელოვანი გავლენა შედუღების P2 სიღრმეზე ალუმინის შენადნობის მხარეს. როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა RS=0.5, P2 არის 1203.2 მიკრონი. როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა არის RS=0.67 და 1.5, P2 მნიშვნელოვნად მცირდება, რაც შესაბამისად არის 403.3 მიკრონი და 93.6 მიკრონი. როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა არის RS=2, შედუღების შეღწევადობის სიღრმე სახსრის კვეთის არის 1151,6 მიკრონი.
პარალელური სხივ-ენერგიის თანაფარდობის ეფექტი შედუღების ნაკერების ფორმირებაზე
როდესაც ლაზერის სიმძლავრეა 2,8 კვტ, შედუღების სიჩქარეა 33 მმ/წმ, დეფოკუსის რაოდენობა 0 მმ და სხივის მანძილი 1 მმ, შედუღების ზედაპირი მიიღება სხივის ენერგიის თანაფარდობის შეცვლით (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5). , 2, 4) გარეგნობა ნაჩვენებია ნახატზე. როდესაც RS=2, თევზის ქერცლის ნიმუში შედუღების ზედაპირზე შედარებით არარეგულარულია. დანარჩენ ხუთი სხვადასხვა სხივის ენერგიის თანაფარდობით მიღებული შედუღების ზედაპირი კარგად არის ჩამოყალიბებული და არ არის ხილული დეფექტები, როგორიცაა ფორები და გაფცქვნა. ამიტომ, სერიულ ორ სხივთან შედარებითლაზერული შედუღება, შედუღების ზედაპირი პარალელური ორმაგი სხივების გამოყენებით უფრო ერთგვაროვანი და ლამაზია. როდესაც RS=0.25, არის მცირე ჩაღრმავება შედუღებაში; სხივის ენერგიის თანაფარდობა თანდათან იზრდება (RS=0.5, 0.67 და 1.5), შედუღების ზედაპირი ერთგვაროვანია და არ წარმოიქმნება დეპრესია; თუმცა, როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა კიდევ უფრო იზრდება (RS=1.50, 2.00), მაგრამ შედუღების ზედაპირზე არის ჩაღრმავებები. როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა RS=0.25, 1.5 და 2, შედუღების კვეთის ფორმა არის „ღვინის შუშისებრი“; როდესაც RS=0.50, 0.67 და 1, შედუღების კვეთის ფორმა არის "ძაბრისებრი". როდესაც RS=4 წარმოიქმნება არა მხოლოდ ბზარები შედუღების ქვედა ნაწილში, არამედ წარმოიქმნება გარკვეული ფორები შედუღების შუა და ქვედა ნაწილში. როდესაც RS=2, დიდი პროცესის ფორები ჩნდება შედუღების შიგნით, მაგრამ ბზარები არ ჩნდება. როდესაც RS=0.5, 0.67 და 1.5, შედუღების P2 სიღრმე ალუმინის შენადნობის მხარეს უფრო მცირეა და შედუღების განივი კვეთა კარგად არის ჩამოყალიბებული და არ წარმოიქმნება აშკარა შედუღების დეფექტები. ეს აჩვენებს, რომ სხივის ენერგიის თანაფარდობა პარალელური ორმაგი სხივის ლაზერული შედუღების დროს ასევე მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს შედუღების შეღწევადობაზე და შედუღების დეფექტებზე.
პარალელური სხივი - სხივების დაშორების ეფექტი შედუღების ნაკერების ფორმირებაზე
როდესაც ლაზერის სიმძლავრეა 2,8 კვტ, შედუღების სიჩქარეა 33 მმ/წმ, დეფოკუსის რაოდენობა 0 მმ და სხივის ენერგიის თანაფარდობა RS=0,67, შეცვალეთ სხივის მანძილი (d=0,5 მმ, 1 მმ, 1,5 მმ, 2 მმ) მისაღებად. შედუღების ზედაპირის მორფოლოგია, როგორც სურათზე ჩანს. როდესაც d=0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, შედუღების ზედაპირი გლუვი და ბრტყელია, ფორმა კი ლამაზი; შედუღების თევზის ქერცლის ნიმუში რეგულარული და ლამაზია და არ არის ხილული ფორები, ბზარები და სხვა დეფექტები. ამიტომ, ოთხი სხივის დაშორების პირობებში, შედუღების ზედაპირი კარგად არის ჩამოყალიბებული. გარდა ამისა, როდესაც d=2 მმ წარმოიქმნება ორი განსხვავებული შედუღება, რაც გვიჩვენებს, რომ ორი პარალელური ლაზერული სხივი აღარ მოქმედებს გამდნარ აუზზე და არ შეუძლია შექმნას ეფექტური ორსხივიანი ლაზერული ჰიბრიდული შედუღება. როდესაც სხივის მანძილი 0,5 მმ-ია, შედუღება არის "ძაბრისებრი", შედუღების P2 სიღრმე ალუმინის შენადნობის მხარეს არის 712.9 მიკრონი, და არ არის ბზარები, ფორები და სხვა დეფექტები შედუღების შიგნით. სხივების მანძილის ზრდასთან ერთად, შედუღების P2 სიღრმე ალუმინის შენადნობის მხარეს მნიშვნელოვნად მცირდება. როდესაც სხივის მანძილი 1 მმ-ია, შედუღების შეღწევადობის სიღრმე ალუმინის შენადნობის მხარეს არის მხოლოდ 94,2 მიკრონი. რაც უფრო იზრდება სხივების მანძილი, შედუღება არ ქმნის ეფექტურ შეღწევას ალუმინის შენადნობის მხარეს. ამიტომ, როდესაც სხივის მანძილი 0,5 მმ-ია, ორმაგი სხივის რეკომბინაციის ეფექტი საუკეთესოა. სხივების მანძილის ზრდასთან ერთად, შედუღების სითბოს შეყვანა მკვეთრად მცირდება და ორი სხივის ლაზერული რეკომბინაციის ეფექტი თანდათან უარესდება.
შედუღების მორფოლოგიაში განსხვავება გამოწვეულია შედუღების პროცესის დროს გამდნარი აუზის განსხვავებული ნაკადით და გაგრილებით გამაგრებით. რიცხვითი სიმულაციის მეთოდს შეუძლია არა მხოლოდ გახადოს გამდნარი აუზის სტრესის ანალიზი უფრო ინტუიციური, არამედ შეამციროს ექსპერიმენტული ღირებულება. ქვემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს ცვლილებებს გვერდითი დნობის აუზში ერთი სხივით, სხვადასხვა განლაგებით და ლაქების დაშორებით. ძირითადი დასკვნები მოიცავს: (1) ერთი სხივის დროსლაზერული შედუღებაპროცესი, გამდნარი აუზის ხვრელის სიღრმე ყველაზე ღრმაა, არსებობს ხვრელის ჩამონგრევის ფენომენი, ხვრელის კედელი არარეგულარულია და ნაკადის ველის განაწილება ხვრელის კედელთან არათანაბარია; გამდნარი აუზის უკანა ზედაპირის მახლობლად. ხელახალი ნაკადი ძლიერია და დნობის აუზის ძირში აღმავალია; ზედაპირის გამდნარი აუზის ნაკადის ველის განაწილება შედარებით ერთგვაროვანი და ნელია, ხოლო გამდნარი აუზის სიგანე არათანაბარი სიღრმის მიმართულებით. ორმაგი სხივის მცირე ხვრელებს შორის დნობის აუზში არის არეულობა, გამოწვეული კედლის უკუცემის წნევით.ლაზერული შედუღებადა ის ყოველთვის არსებობს პატარა ხვრელების სიღრმის მიმართულებით. ორ სხივს შორის მანძილის ზრდასთან ერთად, სხივის ენერგიის სიმკვრივე თანდათან გადადის ერთი მწვერვალიდან ორმაგი პიკის მდგომარეობაში. ორ მწვერვალს შორის არის მინიმალური მნიშვნელობა და ენერგიის სიმკვრივე თანდათან მცირდება. (2) ორმაგი სხივისთვისლაზერული შედუღებაროდესაც ლაქების მანძილი 0-0,5 მმ-ია, გამდნარი აუზის მცირე ხვრელების სიღრმე ოდნავ მცირდება და გამდნარი აუზის ნაკადის საერთო ქცევა ჰგავს ერთ სხივს.ლაზერული შედუღება; როდესაც ლაქების მანძილი 1 მმ-ზე მეტია, მცირე ხვრელები მთლიანად განცალკევებულია და შედუღების პროცესში ორ ლაზერს შორის ურთიერთქმედება თითქმის არ ხდება, რაც უდრის ორ ზედიზედ/ორი პარალელური ერთსხივიანი ლაზერული შედუღების 1750 ვტ სიმძლავრის. თითქმის არ არსებობს წინასწარ გახურების ეფექტი და გამდნარი აუზის ნაკადის ქცევა მსგავსია ერთსხივიანი ლაზერული შედუღებისას. (3) როდესაც ლაქების მანძილი 0,5-1 მმ-ია, პატარა ხვრელების კედლის ზედაპირი ორ განლაგებაში უფრო ბრტყელია, მცირე ხვრელების სიღრმე თანდათან მცირდება და ქვედა თანდათან იშლება. მცირე ხვრელებსა და ზედაპირული გამდნარი აუზის დინებას შორის შეფერხება არის 0,8 მმ. უძლიერესი. სერიული შედუღებისთვის, გამდნარი აუზის სიგრძე თანდათან იზრდება, სიგანე ყველაზე დიდია, როდესაც ლაქების მანძილი 0,8 მმ-ია, და წინასწარ გახურების ეფექტი ყველაზე აშკარაა, როდესაც ლაქების მანძილი 0,8 მმ-ია. მარანგონის ძალის ეფექტი თანდათან სუსტდება და მეტი ლითონის სითხე მიედინება გამდნარი აუზის ორივე მხარეს. გახადეთ დნობის სიგანის განაწილება უფრო ერთგვაროვანი. პარალელური შედუღებისთვის, გამდნარი აუზის სიგანე თანდათან იზრდება და სიგრძე მაქსიმუმ 0,8 მმ-ია, მაგრამ არ არის წინასწარ გახურების ეფექტი; მარანგონის ძალით გამოწვეული ზედაპირის მახლობლად განმეორებითი ნაკადი ყოველთვის არსებობს და მცირე ხვრელის ფსკერზე დაღმავალი ნაკადი თანდათან ქრება; განივი ნაკადის ველი არ არის ისეთი კარგი, როგორიც არის სერიულად ძლიერი, არეულობა თითქმის არ მოქმედებს გამდნარი აუზის ორივე მხარეს ნაკადზე და დნობის სიგანე არათანაბრად ნაწილდება.
გამოქვეყნების დრო: ოქტ-12-2023
