ტრადიციულ შედუღების ტექნოლოგიასთან შედარებით,ლაზერული შედუღებაშედუღების სიზუსტის, ეფექტურობის, საიმედოობის, ავტომატიზაციისა და სხვა ასპექტების მხრივ შეუდარებელი უპირატესობები აქვს. ბოლო წლებში ის სწრაფად განვითარდა ავტომობილების, ენერგეტიკის, ელექტრონიკის და სხვა სფეროების სფეროებში და XXI საუკუნის ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ წარმოების ტექნოლოგიად ითვლება.
1. ორმაგი სხივის მიმოხილვალაზერული შედუღება
ორმაგი სხივილაზერული შედუღებაგულისხმობს ერთი და იგივე ლაზერის ორ ცალკეულ სინათლის სხივად გამოსაყოფად ოპტიკური მეთოდების გამოყენებას შედუღებისთვის, ან ორი სხვადასხვა ტიპის ლაზერის გამოყენებას გაერთიანებისთვის, როგორიცაა CO2 ლაზერი, Nd:YAG ლაზერი და მაღალი სიმძლავრის ნახევარგამტარული ლაზერი. ყველა მათგანის გაერთიანება შესაძლებელია. ეს ძირითადად შემოთავაზებული იყო ლაზერული შედუღების შეკრების სიზუსტესთან ადაპტაციის პრობლემის გადასაჭრელად, შედუღების პროცესის სტაბილურობის გასაუმჯობესებლად და შედუღების ხარისხის გასაუმჯობესებლად. ორმაგი სხივილაზერული შედუღებაშეუძლია მოხერხებულად და მოქნილად დაარეგულიროს შედუღების ტემპერატურის ველი სხივის ენერგიის თანაფარდობის, სხივებს შორის მანძილის და ორი ლაზერული სხივის ენერგიის განაწილების ნიმუშის შეცვლით, რითაც იცვლება საკეტის ხვრელის არსებობის ნიმუში და თხევადი ლითონის ნაკადის ნიმუში გამდნარ აუზში. უზრუნველყოფს შედუღების პროცესების უფრო ფართო არჩევანს. მას არა მხოლოდ დიდი უპირატესობები აქვსლაზერული შედუღებაშეღწევადობა, სწრაფი სიჩქარე და მაღალი სიზუსტე, მაგრამ ასევე შესაფერისია მასალებისა და შეერთებებისთვის, რომელთა შედუღება ჩვეულებრივი საშუალებებით რთულიალაზერული შედუღება.
ორმაგი სხივისთვისლაზერული შედუღება, თავდაპირველად განვიხილავთ ორმაგი სხივის ლაზერის დანერგვის მეთოდებს. ვრცელი ლიტერატურა აჩვენებს, რომ ორმაგი სხივის შედუღების მიღწევის ორი ძირითადი გზა არსებობს: გამტარი ფოკუსირება და არეკვლის ფოკუსირება. კერძოდ, ერთი მიიღწევა ორი ლაზერის კუთხისა და მანძილის რეგულირებით ფოკუსირების სარკეებისა და კოლიმაციის სარკეების მეშვეობით. მეორე მიიღწევა ლაზერული წყაროს გამოყენებით და შემდეგ ამრეკლავი სარკეების, გამტარი სარკეებისა და სოლისებრი სარკეების მეშვეობით ფოკუსირებით ორმაგი სხივის მისაღწევად. პირველი მეთოდისთვის ძირითადად სამი ფორმა არსებობს. პირველი ფორმა გულისხმობს ორი ლაზერის შეერთებას ოპტიკური ბოჭკოების მეშვეობით და მათ ორ სხვადასხვა სხივად დაყოფას ერთი და იგივე კოლიმაციისა და ფოკუსირების სარკის ქვეშ. მეორე გულისხმობს, რომ ორი ლაზერი გამოსცემს ლაზერულ სხივებს მათი შესაბამისი შედუღების თავების მეშვეობით და ორმაგი სხივი წარმოიქმნება შედუღების თავების სივრცითი პოზიციის რეგულირებით. მესამე მეთოდი გულისხმობს, რომ ლაზერის სხივი ჯერ იყოფა ორ სარკეში 1 და 2, შემდეგ კი ფოკუსირდება ორი ფოკუსირების სარკით 3 და 4 შესაბამისად. ორ ფოკუსურ წერტილს შორის პოზიციისა და მანძილის რეგულირება შესაძლებელია ორი ფოკუსირების სარკის 3 და 4 კუთხეების რეგულირებით. მეორე მეთოდი გულისხმობს მყარი მდგომარეობის ლაზერის გამოყენებას სინათლის გასაყოფად ორმაგი სხივის მისაღწევად და კუთხისა და მანძილის რეგულირებას პერსპექტიული სარკისა და ფოკუსირების სარკის მეშვეობით. ქვემოთ მოცემული პირველი რიგის ბოლო ორი სურათი აჩვენებს CO2 ლაზერის სპექტროსკოპიულ სისტემას. ბრტყელი სარკე შეიცვალა სოლისებრი სარკით და მოთავსებულია ფოკუსირების სარკის წინ სინათლის გასაყოფად ორმაგი სხივის პარალელური სინათლის მისაღებად.
ორმაგი სხივების დანერგვის გაგების შემდეგ, მოკლედ წარმოგიდგენთ შედუღების პრინციპებსა და მეთოდებს. ორმაგ სხივშილაზერული შედუღებაპროცესში, არსებობს სხივის სამი გავრცელებული განლაგება, კერძოდ, სერიული განლაგება, პარალელური განლაგება და ჰიბრიდული განლაგება. ქსოვილი, ანუ არსებობს მანძილი როგორც შედუღების მიმართულებით, ასევე შედუღების ვერტიკალური მიმართულებით. როგორც ნაჩვენებია სურათის ბოლო რიგში, მცირე ხვრელების და გამდნარი გუბეების სხვადასხვა ფორმის მიხედვით, რომლებიც ჩნდება სხვადასხვა წერტილოვანი დაშორების ქვეშ სერიული შედუღების პროცესის დროს, ისინი შეიძლება დაიყოს ერთდნობად. არსებობს სამი მდგომარეობა: გუბე, საერთო გამდნარი გუბე და გამოყოფილი გამდნარი გუბე. ერთდნობადი გუბის და გამოყოფილი გამდნარი გუბის მახასიათებლები მსგავსია ერთდნობადი გუბეების მახასიათებლებისა.ლაზერული შედუღება, როგორც ეს რიცხვითი სიმულაციის დიაგრამაზეა ნაჩვენები. სხვადასხვა ტიპისთვის სხვადასხვა პროცესის ეფექტები არსებობს.
ტიპი 1: გარკვეული წერტილოვანი დაშორების პირობებში, ორი სხივის საკეტის ხვრელი ქმნის საერთო დიდ საკეტის ხვრელს ერთსა და იმავე გამდნარ აუზში; ტიპი 1-ის შემთხვევაში, მითითებულია, რომ სინათლის ერთი სხივი გამოიყენება პატარა ხვრელის შესაქმნელად, ხოლო მეორე სინათლის სხივი გამოიყენება შედუღების თერმული დამუშავებისთვის, რამაც შეიძლება ეფექტურად გააუმჯობესოს მაღალნახშირბადოვანი ფოლადის და შენადნობი ფოლადის სტრუქტურული თვისებები.
ტიპი 2: იმავე გამდნარ აუზში წერტილებს შორის მანძილის გაზრდა, ორი სხივის ორ დამოუკიდებელ ხვრელად გამოყოფა და გამდნარი აუზის ნაკადის რეჟიმის შეცვლა; ტიპი 2-ის შემთხვევაში, მისი ფუნქცია ორი ელექტრონული სხივის შედუღების ეკვივალენტურია, რაც ამცირებს შედუღების გაფრქვევას და არარეგულარულ შედუღებას შესაბამის ფოკუსურ სიგრძეზე.
ტიპი 3: წერტილებს შორის მანძილის შემდგომი გაზრდა და ორი სხივის ენერგიის თანაფარდობის შეცვლა ისე, რომ ორი სხივიდან ერთი გამოყენებული იქნას სითბოს წყაროდ შედუღების პროცესის დროს შედუღებამდელი ან შედუღების შემდგომი დამუშავების შესასრულებლად, ხოლო მეორე სხივი გამოყენებული იქნას მცირე ხვრელების გენერირებისთვის. ტიპი 3-ის შემთხვევაში, კვლევამ აჩვენა, რომ ორი სხივი ქმნის საკეტის ხვრელს, პატარა ხვრელი ადვილად არ იკეტება და შედუღებისას ფორების წარმოქმნა ადვილი არ არის.
2. შედუღების პროცესის გავლენა შედუღების ხარისხზე
სერიული სხივის ენერგიის თანაფარდობის გავლენა შედუღების ნაკერის ფორმირებაზე
როდესაც ლაზერის სიმძლავრეა 2 კვტ, შედუღების სიჩქარეა 45 მმ/წმ, დეფოკუსირების რაოდენობაა 0 მმ, ხოლო სხივის დაშორება 3 მმ, შედუღების ზედაპირის ფორმა RS-ის შეცვლისას (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) ისეთია, როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე. როდესაც RS=0.50 და 2.00, შედუღება უფრო მეტად არის ჩაღრმავებული და შედუღების კიდეზე მეტი შხეფაა, თევზის ქერცლის რეგულარული ნიმუშების წარმოქმნის გარეშე. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა ძალიან მცირე ან ძალიან დიდია, ლაზერის ენერგია ძალიან კონცენტრირებულია, რაც იწვევს ლაზერის ნახვრეტის უფრო სერიოზულ რხევას შედუღების პროცესის დროს, ხოლო ორთქლის უკუცემის წნევა იწვევს გამდნარი ლითონის გამოტყორცნას და შხეფებას გამდნარ აუზში; ჭარბი სითბოს შეყვანა იწვევს გამდნარი აუზის შეღწევადობის სიღრმეს ალუმინის შენადნობის მხარეს ძალიან დიდს, რაც იწვევს ჩაღრმავებას გრავიტაციის მოქმედების ქვეშ. როდესაც RS=0.67 და 1.50, შედუღების ზედაპირზე თევზის ქერცლის ნიმუში ერთგვაროვანია, შედუღების ფორმა უფრო ლამაზია და შედუღების ზედაპირზე არ ჩანს შედუღების ცხელი ბზარები, ფორები და სხვა შედუღების დეფექტები. შედუღების სხვადასხვა სხივის ენერგიის თანაფარდობით RS, განივკვეთის ფორმები ნაჩვენებია ნახაზზე. შედუღების განივი კვეთა ტიპურ „ღვინის ჭიქის ფორმას“ წარმოადგენს, რაც მიუთითებს, რომ შედუღების პროცესი ლაზერული ღრმა შეღწევადობის შედუღების რეჟიმში ხორციელდება. RS მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს შედუღების შეღწევადობის სიღრმეზე P2 ალუმინის შენადნობის მხარეს. როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა RS=0.5, P2 არის 1203.2 მიკრონი. როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა RS=0.67 და 1.5-ია, P2 მნიშვნელოვნად მცირდება, რაც შესაბამისად 403.3 მიკრონი და 93.6 მიკრონია. როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა RS=2-ია, შეერთების განივი კვეთის შედუღების სიღრმე 1151.6 მიკრონია.
პარალელური სხივის ენერგიის თანაფარდობის გავლენა შედუღების ნაკერის ფორმირებაზე
როდესაც ლაზერის სიმძლავრეა 2.8 კვტ, შედუღების სიჩქარეა 33 მმ/წმ, დეფოკუსირების რაოდენობაა 0 მმ, ხოლო სხივს შორის მანძილი 1 მმ, შედუღების ზედაპირი მიიღება სხივის ენერგიის თანაფარდობის შეცვლით (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5, 2, 4). გარეგნობა ნაჩვენებია ნახაზზე. როდესაც RS=2, შედუღების ზედაპირზე თევზის ქერცლის ნიმუში შედარებით არათანაბარია. სხივის ენერგიის ხუთი სხვა თანაფარდობით მიღებული შედუღების ზედაპირი კარგად არის ფორმირებული და არ არსებობს ხილული დეფექტები, როგორიცაა ფორები და შხეფები. ამიტომ, სერიულ ორსხივიანთან შედარებით...ლაზერული შედუღება, პარალელური ორმაგი სხივების გამოყენებით შედუღების ზედაპირი უფრო ერთგვაროვანი და ლამაზია. როდესაც RS=0.25, შედუღების ადგილას მცირე ჩაღრმავებაა; სხივის ენერგიის თანაფარდობის თანდათანობით ზრდასთან ერთად (RS=0.5, 0.67 და 1.5), შედუღების ზედაპირი ერთგვაროვანია და ჩაღრმავება არ წარმოიქმნება; თუმცა, როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა კიდევ უფრო იზრდება (RS=1.50, 2.00), შედუღების ზედაპირზე ჩაღრმავებებია. როდესაც სხივის ენერგიის თანაფარდობა RS=0.25, 1.5 და 2, შედუღების განივი ფორმა „ღვინის ჭიქის ფორმისაა“; როდესაც RS=0.50, 0.67 და 1, შედუღების განივი ფორმა „ძაბრის ფორმისაა“. როდესაც RS=4, შედუღების ქვედა ნაწილში არა მხოლოდ ბზარები წარმოიქმნება, არამედ შედუღების შუა და ქვედა ნაწილში რამდენიმე ფორიც წარმოიქმნება. როდესაც RS=2, შედუღების შიგნით დიდი დამუშავების ფორები ჩნდება, მაგრამ ბზარები არ ჩნდება. როდესაც RS=0.5, 0.67 და 1.5, ალუმინის შენადნობის მხარეს შედუღების შეღწევადობის სიღრმე P2 უფრო მცირეა, შედუღების განივი კვეთი კარგად არის ფორმირებული და შედუღების აშკარა დეფექტები არ წარმოიქმნება. ეს აჩვენებს, რომ პარალელური ორმაგი სხივური ლაზერული შედუღების დროს სხივის ენერგიის თანაფარდობას ასევე მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს შედუღების შეღწევადობასა და შედუღების დეფექტებზე.
პარალელური სხივი - სხივებს შორის მანძილის გავლენა შედუღების ნაკერის ფორმირებაზე
როდესაც ლაზერის სიმძლავრეა 2.8 კვტ, შედუღების სიჩქარეა 33 მმ/წმ, დეფოკუსირების რაოდენობაა 0 მმ, ხოლო სხივის ენერგიის კოეფიციენტი RS=0.67, შეცვალეთ სხივის დაშორება (d=0.5 მმ, 1 მმ, 1.5 მმ, 2 მმ), რათა მიიღოთ შედუღების ზედაპირის მორფოლოგია, როგორც ეს სურათზეა ნაჩვენები. როდესაც d=0.5 მმ, 1 მმ, 1.5 მმ, 2 მმ, შედუღების ზედაპირი გლუვი და ბრტყელია, ხოლო ფორმა ლამაზია; შედუღების თევზის ქერცლის ნიმუში სწორი და ლამაზია და არ არის ხილული ფორები, ბზარები და სხვა დეფექტები. ამიტომ, ოთხი სხივის დაშორების პირობებში, შედუღების ზედაპირი კარგად არის ფორმირებული. გარდა ამისა, როდესაც d=2 მმ, წარმოიქმნება ორი განსხვავებული შედუღება, რაც აჩვენებს, რომ ორი პარალელური ლაზერული სხივი აღარ მოქმედებს გამდნარ გუბეზე და ვერ ქმნის ეფექტურ ორსხივიან ლაზერულ ჰიბრიდულ შედუღებას. როდესაც სხივებს შორის მანძილი 0.5 მმ-ია, შედუღება „ძაბრისებრი“ ფორმისაა, ალუმინის შენადნობის მხარეს შედუღების შეღწევადობის სიღრმე P2 712.9 მიკრონია და შედუღების შიგნით არ არის ბზარები, ფორები და სხვა დეფექტები. სხივებს შორის მანძილის ზრდასთან ერთად, ალუმინის შენადნობის მხარეს შედუღების შეღწევადობის სიღრმე P2 მნიშვნელოვნად მცირდება. როდესაც სხივებს შორის მანძილი 1 მმ-ია, ალუმინის შენადნობის მხარეს შედუღების შეღწევადობის სიღრმე მხოლოდ 94.2 მიკრონია. სხივებს შორის მანძილის ზრდასთან ერთად, შედუღება არ ქმნის ეფექტურ შეღწევადობას ალუმინის შენადნობის მხარეს. ამიტომ, როდესაც სხივებს შორის მანძილი 0.5 მმ-ია, ორმაგი სხივის რეკომბინაციის ეფექტი საუკეთესოა. სხივის მანძილის ზრდასთან ერთად, შედუღების სითბოს შეყვანა მკვეთრად მცირდება და ორსხივიანი ლაზერული რეკომბინაციის ეფექტი თანდათან უარესდება.
შედუღების მორფოლოგიის განსხვავება გამოწვეულია შედუღების პროცესის დროს გამდნარი აუზის განსხვავებული ნაკადითა და გაგრილების გამყარებით. რიცხვითი სიმულაციის მეთოდი არა მხოლოდ გამდნარი აუზის დაძაბულობის ანალიზს უფრო ინტუიციურს ხდის, არამედ ამცირებს ექსპერიმენტულ ხარჯებსაც. ქვემოთ მოცემულ სურათზე ნაჩვენებია გვერდითი გამდნარი აუზის ცვლილებები ერთი სხივის, სხვადასხვა განლაგებისა და წერტილოვანი დაშორების დროს. ძირითადი დასკვნები მოიცავს: (1) ერთი სხივის დროსლაზერული შედუღებაპროცესის დროს, გამდნარი აუზის ხვრელის სიღრმე ყველაზე ღრმაა, შეინიშნება ხვრელის კოლაფსის ფენომენი, ხვრელის კედელი არარეგულარულია და ხვრელის კედელთან ნაკადის ველის განაწილება არათანაბარია; გამდნარი აუზის უკანა ზედაპირთან ახლოს დინება ძლიერია და გამდნარი აუზის ფსკერზე აღმავალი დინებაა; ზედაპირული გამდნარი აუზის ნაკადის ველის განაწილება შედარებით ერთგვაროვანი და ნელია, ხოლო გამდნარი აუზის სიგანე არათანაბარია სიღრმის მიმართულებით. გამდნარ აუზში კედლის უკუცემის წნევით არის გამოწვეული დარღვევა ორმაგ სხივში არსებულ პატარა ხვრელებს შორის.ლაზერული შედუღებადა ის ყოველთვის არსებობს პატარა ხვრელების სიღრმის მიმართულებით. ორ სხივს შორის მანძილის ზრდასთან ერთად, სხივის ენერგიის სიმკვრივე თანდათან გადადის ერთი პიკიდან ორმაგ პიკის მდგომარეობაში. ორ პიკს შორის მინიმალური მნიშვნელობაა და ენერგიის სიმკვრივე თანდათან მცირდება. (2) ორმაგი სხივისთვისლაზერული შედუღება, როდესაც წერტილებს შორის მანძილი 0-0.5 მმ-ია, გამდნარი აუზის პატარა ხვრელების სიღრმე ოდნავ მცირდება და გამდნარი აუზის ნაკადის საერთო ქცევა ერთსხივიანი ნაკადის მსგავსია.ლაზერული შედუღება; როდესაც წერტილებს შორის მანძილი 1 მმ-ზე მეტია, პატარა ხვრელები მთლიანად გამოყოფილია და შედუღების პროცესის დროს ორ ლაზერს შორის თითქმის არ არის ურთიერთქმედება, რაც უდრის ორ ზედიზედ/ორ პარალელურ ერთსხივიან ლაზერულ შედუღებას 1750 ვატი სიმძლავრით. თითქმის არ არის წინასწარი გაცხელების ეფექტი და გამდნარი სითხის ნაკადის ქცევა მსგავსია ერთსხივიანი ლაზერული შედუღების. (3) როდესაც წერტილებს შორის მანძილი 0.5-1 მმ-ია, პატარა ხვრელების კედლის ზედაპირი ორივე განლაგებაში უფრო ბრტყელია, პატარა ხვრელების სიღრმე თანდათან მცირდება და ფსკერი თანდათან გამოიყოფა. მცირე ხვრელებსა და ზედაპირულად გამდნარი სითხის ნაკადს შორის დარღვევა 0.8 მმ-ია. ყველაზე ძლიერი. სერიული შედუღების დროს, გამდნარი სითხის სიგრძე თანდათან იზრდება, სიგანე ყველაზე დიდია, როდესაც წერტილებს შორის მანძილი 0.8 მმ-ია, ხოლო წინასწარი გაცხელების ეფექტი ყველაზე აშკარაა, როდესაც წერტილებს შორის მანძილი 0.8 მმ-ია. მარანგონის ძალის ეფექტი თანდათან სუსტდება და გამდნარი სითხის ორივე მხარეს მეტი ლითონის სითხე მიედინება. გახადეთ დნობის სიგანის განაწილება უფრო ერთგვაროვანი. პარალელური შედუღების დროს, გამდნარი აუზის სიგანე თანდათან იზრდება და სიგრძე მაქსიმუმ 0.8 მმ-ზეა, მაგრამ წინასწარი გათბობის ეფექტი არ შეინიშნება; მარანგონის ძალით გამოწვეული ზედაპირთან ახლოს ხელახალი ნაკადი ყოველთვის არსებობს და პატარა ხვრელის ძირში ქვევით მიმართული ხელახალი ნაკადი თანდათან ქრება; განივი კვეთის ნაკადის ველი ისეთი კარგი არ არის, როგორც ძლიერია მიმდევრობით შეერთებაში, დარღვევა თითქმის არ მოქმედებს გამდნარი აუზის ორივე მხარეს ნაკადზე და გამდნარი სიგანე არათანაბრად ნაწილდება.
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 12 ოქტომბერი
