Lasersuðureglan
Lasersuðu er hægt að ná með samfelldum eða púlsuðum leysigeislum. Meginreglunni um leysisuðu má skipta í hitaleiðni suðu og leysir djúpsuðu. Þegar aflþéttleiki er minni en 104 ~ 105 W/cm2 er það hitaleiðni suðu. Á þessum tíma er skarpskyggni dýpt grunnt og suðuhraði er hægur; þegar aflþéttleiki er meiri en 105 ~ 107 W/cm2, er málmyfirborðið sokkið niður í "holrúm" með upphitun, sem myndar djúpa gegnumsuðu, sem hefur einkennin af miklum suðuhraða og stóru hlutfalli.
Meginreglan um hitaleiðni leysisuðu er: leysigeislun hitar yfirborðið sem á að vinna og yfirborðshitinn dreifist inn í gegnum hitaleiðni. Með því að stjórna leysipúlsbreidd, orku, hámarksafli og endurtekningartíðni og öðrum leysibreytum er vinnustykkið brætt til að mynda sérstaka bráðna laug. .
Lasersuðuvélin sem notuð er við gírsuðu og málmvinnslu þunnplötusuðu felur aðallega í sér djúpsuðu með leysi. Eftirfarandi fjallar um meginregluna um djúpsuðu með leysi.
Laser-djúpsuðusuðu notar almennt samfellda leysigeisla til að ljúka tengingu efna og málmvinnsluferli þess er mjög svipað og rafeindageislasuðu, það er að segja að orkubreytingarkerfið er lokið í gegnum "lykilholu" uppbygginguna. Við nægilega mikla aflþéttleika leysigeislun gufar efnið upp og myndar litlar svitaholur. Þetta litla gat fullt af gufu er eins og svartur líkami, gleypir nánast alla orku innfallsgeislans og jafnvægishiti í holrúminu nær um 2500 0C. Hitinn er fluttur frá ytri vegg háhitaholsins til að bræða málminn sem umlykur holrúmið. Litla gatið er fyllt með háhita gufu sem myndast við stöðuga uppgufun veggefnisins undir geislun geislans, veggir litla holunnar eru umkringdir bráðnum málmi og fljótandi málmurinn er umkringdur föstu efni (meðan í flest hefðbundin suðuferli og leysisuðusuðu, orkan er fyrst sett á yfirborð vinnustykkisins og síðan flutt inn í innréttinguna með sendingu). Vökvaflæði utan svitaholaveggsins og yfirborðsspenna vegglagsins viðhalda kraftmiklu jafnvægi við stöðugt myndaðan gufuþrýsting í holaholinu. Geislinn fer stöðugt inn í litla holuna og efnið utan við litla holuna flæðir stöðugt. Þegar geislinn hreyfist er litla gatið alltaf í stöðugu flæði. Það er að segja að litla gatið og bráðni málmurinn sem umlykur holuvegginn færist áfram með framhraða fremsta geislans og bráðni málmurinn fyllir skarðið sem litla gatið skilur eftir og þéttist síðan þannig að suðu myndast. Allt þetta af ofangreindu ferli gerist svo hratt að suðuhraði getur auðveldlega náð nokkrum metrum á mínútu.
02
Helstu ferli breytur leysir djúp skarpskyggni suðu
1) Laserafl. Það er viðmiðunargildi leysirorkuþéttleika í leysisuðu. Undir þessu gildi er skarpskyggni dýpt mjög grunnt. Þegar þessu gildi er náð eða farið yfir það mun skarpskyggni dýpt aukast til muna. Plasma myndast aðeins þegar leysiraflsþéttleiki vinnustykkisins fer yfir viðmiðunarmörk (fer eftir efni), sem markar framvindu stöðugrar djúpsuðusuðu. Ef laseraflið er undir þessum þröskuldi fer aðeins fram yfirborðsbráðnun vinnustykkisins, þ.e suðu fer fram með stöðugri hitaleiðni. Þegar leysiraflsþéttleiki er nálægt mikilvægu ástandi fyrir myndun lítilla hola, eru djúpsuðu og leiðslusuðu gerðar til skiptis, sem verður óstöðugt suðuferli, sem leiðir til mikillar sveiflur í gegnumdýpt. Við leysisdjúpsuðu stjórnar leysiraflið á sama tíma dýpt og suðuhraða. Suðugengni er í beinu sambandi við geislaaflþéttleika og er fall af innfallsgeislaafli og brennipunkti geisla. Almennt, fyrir leysigeisla með ákveðnu þvermáli, eykst dýpt skarpskyggni eftir því sem geislaaflið eykst.
2) Brennipunktur geisla. Blettstærð geisla er ein mikilvægasta breytan í leysisuðu vegna þess að hún ákvarðar aflþéttleika. En fyrir aflmikla leysigeisla er mæling þeirra erfitt vandamál, þó að það séu margar óbeinar mælingaraðferðir.
Hægt er að reikna út sveiflutakmörkuð blettstærð geislafókussins samkvæmt ljósdreifingarkenningunni, en vegna þess að fókuslinsufrávik er til staðar er raunveruleg blettstærð stærri en reiknað gildi. Einfaldasta hagnýta aðferðin er jafnhitaprófunaraðferðin, sem mælir brennipunktinn og götunarþvermál eftir kulnun og í gegnum pólýprópýlenplötu með þykkum pappír. Þessi aðferð þarf að ná tökum á leysirafli og tíma geislavirkni með mælingaræfingum.
3) Uppsogsgildi efnis. Frásog leysiljóss af efnum fer eftir nokkrum mikilvægum eiginleikum efna, svo sem frásogsgetu, endurkastsgetu, hitaleiðni, bræðsluhitastig, uppgufunarhitastig osfrv., þar sem mikilvægast er frásog.
Þættirnir sem hafa áhrif á frásogshraða efnisins í leysigeislann eru tveir þættir: sá fyrsti er viðnám efnisins. Eftir að hafa mælt frásogshraða fágaðs yfirborðs efnisins kemur í ljós að frásogshraðinn efnisins er í réttu hlutfalli við kvaðratrót viðnámsins og viðnámið er breytilegt eftir hitastigi. Í öðru lagi hefur yfirborðsástand (eða sléttleiki) efnisins mikilvægari áhrif á frásogshraða geisla, sem hefur veruleg áhrif á suðuáhrifin.
Úttaksbylgjulengd CO2 leysis er venjulega 10,6 μm. Frásogshraði keramik, gler, gúmmí, plasts og annarra málmalausra er mjög hátt við stofuhita, en frásogshraði málmefna er mjög lélegt við stofuhita, þar til efnið er bráðnað eða jafnvel gas. Frásog þess eykst verulega. Það er mjög áhrifaríkt að bæta frásog efnisins á ljósgeislum með því að nota yfirborðshúð eða yfirborðsoxíðfilmu.
4) Suðuhraði. Suðuhraði hefur mikil áhrif á inndýpt. Ef hraðinn er aukinn verður gegnumgangurinn grunnur, en ef hraðinn er of lítill mun efnið ofbræða og vinnustykkið soðið í gegn. Þess vegna er hentugt suðuhraðasvið fyrir tiltekið efni með ákveðinn leysistyrk og ákveðna þykkt og hægt er að fá hámarks skarpskyggni við samsvarandi hraðagildi. Mynd 10-2 sýnir sambandið milli suðuhraða og inndælingar dýpt 1018 stáls.
5) Hlífðargas. Óvirkt gas er oft notað til að vernda bráðnu laugina í leysisuðuferlinu. Þegar sum efni eru soðin, óháð oxun yfirborðs, kemur vörnin kannski ekki til greina, en í flestum forritum eru helíum, argon, köfnunarefni og aðrar lofttegundir oft notaðar sem vörn til að gera vinnustykkið varið gegn oxun við lóðun.
Helíum er ekki auðveldlega jónað (meiri jónunarorka), sem gerir leysinum kleift að fara mjúklega í gegnum og geislaorkan nær óhindrað yfirborði vinnustykkisins. Þetta er áhrifaríkasta hlífðargasið sem notað er við leysisuðu, en það er dýrara.
Argongas er ódýrara og þéttara, þannig að verndaráhrifin eru betri. Hins vegar er það næmt fyrir háhita málmplasmajónun, sem verndar hluta geislans frá því að lenda í vinnustykkinu, dregur úr virku leysirafli til suðu og skemmir einnig suðuhraða og skarpskyggni. Yfirborð suðunnar sem er varið með argon er sléttara en þegar það er varið með helíum.
Köfnunarefni er ódýrasta hlífðargasið, en það hentar ekki til að suða sumar tegundir ryðfríu stáli, aðallega vegna málmvinnsluvandamála, svo sem frásogs, sem stundum veldur gropi á því svæði sem skarast.
Annað hlutverk þess að nota hlífðargas er að vernda fókuslinsuna fyrir málmgufumengun og sputtering vökvadropa. Sérstaklega í aflmikilli leysisuðu, vegna þess að útkastið verður mjög öflugt, er nauðsynlegt að vernda linsuna á þessum tíma.
Þriðja hlutverk hlífðargassins er að það er mjög áhrifaríkt við að dreifa plasmahlífinni sem framleitt er með mikilli leysisuðu. Málmgufan gleypir leysigeislann og jónast í plasmaský og varnargasið í kringum málmgufuna er einnig jónað vegna hita. Ef of mikið plasma er til staðar, eyðist leysigeislinn að einhverju leyti af plasmanum. Plasma er til á vinnufletinum sem önnur orka, sem gerir gegnumbrotið grunnt og yfirborð suðulaugarinnar stækkar. Endurröðunarhraði rafeinda er aukinn með því að auka þriggja líkama árekstra rafeinda við jónir og hlutlaus atóm til að draga úr rafeindaþéttleika í plasma. Því léttari sem hlutlaus atómin eru, því hærri árekstratíðni og því hærra er endurröðunarhraði; á hinn bóginn mun aðeins hlífðargasið með mikla jónunarorku ekki auka rafeindaþéttleikann vegna jónunar gassins sjálfs.
Stærð plasmaskýsins er mismunandi eftir hlífðargasinu sem notað er, þar sem helíum er minnst, köfnunarefni er annað og argon er stærst. Því stærri sem plasmastærðin er, því grynnri er skarpskyggni. Ástæðan fyrir þessum mun er í fyrsta lagi vegna mismunandi jónunarstigs gassameinda og einnig vegna mismunar á dreifingu málmgufu sem stafar af mismunandi þéttleika hlífðargassins.
Helíum er minnst jónaða og minnst þétt gasið og það rekur hratt burt hækkandi málmgufu sem myndast úr bráðnu málmbaðinu. Þess vegna getur notkun helíums sem hlífðargass bælt plasma að mestu leyti, þar með aukið skarpskyggni og aukið suðuhraða; vegna léttrar þyngdar getur það sloppið og er ekki auðvelt að valda svitahola. Auðvitað, frá raunverulegum suðuáhrifum okkar, eru áhrif argonvörn ekki slæm.
Áhrif plasmaskýs á skarpskyggni eru augljósust á lágsuðuhraðasvæðinu. Áhrif þess minnka eftir því sem suðuhraði eykst.
Hlífðargasinu er sprautað við ákveðinn þrýsting í gegnum stútinn til að ná yfirborði vinnustykkisins. Vatnsafnfræðileg lögun stútsins og þvermál úttaksins eru mjög mikilvæg. Það verður að vera nógu stórt til að knýja úðaða hlífðargasið til að hylja suðuyfirborðið, en til að vernda linsuna á áhrifaríkan hátt og koma í veg fyrir að málmgufa mengist eða málmsvett skemmir linsuna, ætti einnig að takmarka stærð stútsins. Einnig ætti að stýra flæðishraðanum, annars verður lagskipt flæði hlífðargassins órólegt og andrúmsloftið mun taka þátt í bráðnu lauginni og mynda að lokum svitaholur.
Til að bæta verndaráhrifin er einnig hægt að nota viðbótarhliðarblástursaðferð, það er, í gegnum stút með minni þvermál, er hlífðargasinu beint inn í litla gatið á djúpsuðusuðunni í ákveðnu horni. Hlífðargasið bælir ekki aðeins plasmaskýið á yfirborði vinnustykkisins heldur hefur einnig áhrif á myndun plasma og smáhola í holunni, eykur enn frekar inndælingardýpt og fær suðu með ákjósanlegu dýpt-breiddarhlutfalli. . Þessi aðferð krefst hins vegar nákvæmrar stjórnunar á stærð og stefnu loftflæðisins, annars er líklegt að ókyrrð flæði verði og eyðileggur bráðnu laugina, sem gerir suðuferlið erfitt að koma á stöðugleika.
6) Brennivídd linsu. Fókusaðferð er venjulega notuð til að þétta leysirinn við suðu og linsa með brennivídd 63~254mm (2,5"~10") er almennt notuð. Stærð fókusblettsins er í réttu hlutfalli við brennivídd, því styttri brennivídd, því minni bletturinn. En brennivídd hefur einnig áhrif á brennivídd, það er að brennivídd eykst samstillt við brennivídd, þannig að stutt brennivídd getur aukið aflþéttleikann, en vegna lítillar brennivíddar er fjarlægðin milli linsunnar og vinnustykkisins. þarf að viðhalda nákvæmlega og inndýpt er ekki mikið. Vegna áhrifa skvetta og leysihams sem myndast í suðuferlinu er stysta brennivídd sem notuð er við raunverulega suðu aðallega brennivídd 126 mm (5"). Þegar samskeytin er stór eða suðusauminn þarf að auka með því að auka blettastærðina geturðu valið linsu með brennivídd 254mm (10"). Í þessu tilviki, til þess að ná fram djúpum skarpskyggni pinhole áhrifum, er meiri leysir framleiðsla máttur (aflþéttleiki) krafist.
Þegar leysiraflið fer yfir 2kW, sérstaklega fyrir 10,6μm CO2 leysigeisla, vegna notkunar sérstakra ljósfræðilegra efna til að mynda sjónkerfið, til að forðast hættu á sjónskemmdum á fókuslinsunni, er endurskinsfókusaðferðin oft notaður, og fáður koparspegill er almennt notaður sem endurskinsmerki. Það er oft mælt með því að fókusa aflmikla leysigeisla vegna árangursríkrar kælingar.
7) Fókusstaða. Við suðu er fókusstaða mikilvæg til að viðhalda nægilegum aflþéttleika. Breytingar á hlutfallslegri stöðu brennipunktsins og yfirborðs vinnustykkisins hafa bein áhrif á breidd og dýpt suðunnar. Mynd 2-6 sýnir áhrif fókusstöðu á gegnumdýpt og saumabreidd 1018 stáls.
Í flestum leysisuðuforritum er brennipunkturinn venjulega staðsettur um það bil 1/4 af æskilegri skarpskyggni undir yfirborði vinnustykkisins.
8) Staða leysigeisla. Við leysisuðu á ólíkum efnum stýrir staðsetning leysigeislans lokagæðum suðunnar, sérstaklega þegar um er að ræða rassinn en hringliðamótin. Til dæmis, þegar hert stálgír er soðið við trommu úr mildu stáli, mun rétt stjórn á stöðu leysigeisla hjálpa til við að framleiða suðu með aðallega lágum kolefnishluta sem er tiltölulega ónæmur fyrir sprungum. Í sumum forritum krefst rúmfræði vinnustykkisins sem á að soða að leysigeislinn sveigist um horn. Þegar sveigjuhornið á milli geislaássins og samskeytisplansins er innan við 100 gráður mun frásog leysirorku frá vinnustykkinu ekki hafa áhrif.
9) Hækkandi hækkun og fallstýring á leysikrafti við upphaf og endapunkt suðu. Við leysisdjúpsuðu eru alltaf lítil göt til óháð dýpt suðunnar. Þegar suðuferlinu er hætt og slökkt er á rofanum kemur hola í lok suðunnar. Að auki, þegar leysisuðulagið nær yfir upprunalega suðusauminn, mun of mikið frásog leysigeislans eiga sér stað, sem leiðir til ofhitnunar á suðunni eða myndunar svitahola.
Til að koma í veg fyrir að ofangreint fyrirbæri gerist er hægt að forrita aflstart- og stöðvunarpunktana til að gera aflstart og lokatíma stillanlegan, það er að upphafsaflið er rafrænt aukið úr núlli í stillt aflgildi á stuttum tíma, og hægt er að stilla suðuna. Tími, og loks minnkar krafturinn smám saman úr stilltu afli í núll þegar suðu er hætt.
03
Eiginleikar og kostir og gallar við djúpsuðu með laser
Eiginleikar djúpsuðu með laser
1) Hátt stærðarhlutfall. Þegar bráðni málmur myndast í kringum sívalur holrúm heitrar gufu og nær í átt að vinnustykkinu verður suðuna djúp og þröng.
2) Lágmarks hitainntak. Vegna þess að hitastigið í litlu holunni er mjög hátt, fer bræðsluferlið mjög hratt fram, hitainntakið í vinnustykkið er mjög lágt og hitauppstreymi og hitaáhrif svæði eru lítil.
3) Hár þéttleiki. Vegna þess að litlu svitaholurnar sem eru fylltar með háhitagufu stuðla að hræringu í suðulauginni og losun gass, sem leiðir til gegnumsuðu án svitahola. Hátt kælihraði eftir suðu getur auðveldlega gert suðubygginguna fínni.
4) Sterkar suðu. Vegna logandi hitagjafans og nægilegs frásogs ómálmískra íhluta minnkar óhreinindisinnihaldið og stærð innifalanna og dreifingu þeirra í bráðnu lauginni er breytt. Suðuferlið krefst ekki rafskauta eða fyllivíra og bræðslusvæðið er minna mengað, þannig að styrkur og seigja suðunnar er að minnsta kosti jafn eða jafnvel hærri en móðurmálmsins.
5) Nákvæm stjórn. Vegna þess að ljósbletturinn er lítill er hægt að staðsetja suðusauminn með mikilli nákvæmni. Laserúttakið hefur enga „tregðu“, það er hægt að stöðva það og endurræsa það á miklum hraða og flókið vinnustykkið er hægt að sjóða með tölulegri stýrigeislahreyfingartækni.
6) Suðuferli í andrúmslofti án snertingar. Vegna þess að orkan kemur frá ljóseindageislanum er engin líkamleg snerting við vinnustykkið, þannig að enginn utanaðkomandi kraftur er beitt á vinnustykkið. Að auki hafa segulmagn og loft engin áhrif á leysigeisla.
Kostir djúpsuðu með laser
1) Þar sem einbeittur leysir hefur miklu meiri aflþéttleika en hefðbundnar aðferðir, er suðuhraðinn hraður, hitaáhrifasvæðið og aflögunin eru lítil og einnig er hægt að soða efni sem erfitt er að soða eins og títan.
2) Vegna þess að auðvelt er að senda og stjórna geislanum, og það er engin þörf á að skipta um kyndil og stút oft, og það er ekkert tómarúm sem krafist er fyrir rafeindageislasuðu, sem dregur verulega úr aukatíma niður í miðbæ, þannig að álagsstuðull og framleiðsluhagkvæmni er mikil.
3) Vegna hreinsunaráhrifa og mikils kælihraða er suðustyrkur, seigja og alhliða frammistaða mikil.
4) Vegna lágs meðalhitainntaks og mikillar vinnslu nákvæmni er hægt að draga úr endurvinnslukostnaði; að auki er rekstrarkostnaður við leysisuðu einnig lágur, sem getur dregið úr vinnslukostnaði vinnustykkisins.
5) Það getur í raun stjórnað geislastyrknum og fínni staðsetningu og það er auðvelt að átta sig á sjálfvirkri notkun.
Ókostir við djúpsuðu með laser
1) Suðudýpt er takmörkuð.
2) Samsetningarkröfur vinnustykkisins eru miklar.
3) Einskiptisfjárfesting leysikerfisins er tiltölulega mikil
