లేజర్ పదార్థ పరస్పర చర్య – కీహోల్ ప్రభావం

తాళపు రంధ్రాల నిర్మాణం మరియు అభివృద్ధి:

కీహోల్ నిర్వచనం: రేడియేషన్ ప్రకాశం 10^6W/cm^2 కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, లేజర్ చర్య వల్ల పదార్థం యొక్క ఉపరితలం కరిగి ఆవిరైపోతుంది. ఆవిరయ్యే వేగం తగినంత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ఉత్పన్నమయ్యే ఆవిరి యొక్క వెనుకకు నెట్టబడే పీడనం, ద్రవ లోహం యొక్క తలతన్యత మరియు ద్రవ గురుత్వాకర్షణను అధిగమించడానికి సరిపోతుంది. దీనివల్ల కొంత ద్రవ లోహం స్థానభ్రంశం చెంది, ఉత్తేజిత మండలంలోని కరిగిన లోహం కుంగిపోయి చిన్న గొయ్యిలుగా ఏర్పడుతుంది; కాంతి పుంజం నేరుగా ఆ చిన్న గొయ్యి అడుగుభాగంపై పనిచేసి, లోహాన్ని మరింత కరిగించి వాయువుగా మారుస్తుంది. అధిక పీడనం గల ఆవిరి, గొయ్యి అడుగున ఉన్న ద్రవ లోహాన్ని కరిగిన లోహం యొక్క అంచు వైపుకు ప్రవహించేలా నిరంతరం నెడుతుంది, దీనివల్ల ఆ చిన్న రంధ్రం మరింత లోతుగా మారుతుంది. ఈ ప్రక్రియ కొనసాగుతూ, చివరికి ద్రవ లోహంలో కీహోల్ వంటి రంధ్రాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఆ చిన్న రంధ్రంలో లేజర్ పుంజం ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే లోహ ఆవిరి పీడనం, ద్రవ లోహం యొక్క తలతన్యత మరియు గురుత్వాకర్షణతో సమతుల్యతను చేరుకున్నప్పుడు, ఆ చిన్న రంధ్రం మరింత లోతుగా మారడం ఆగిపోయి, లోతు స్థిరంగా ఉండే ఒక చిన్న రంధ్రంగా ఏర్పడుతుంది, దీనినే "చిన్న రంధ్రం ప్రభావం" అని అంటారు.

లేజర్ పుంజం వర్క్‌పీస్‌కు సాపేక్షంగా కదులుతున్నప్పుడు, చిన్న రంధ్రం ముందు వైపు కొద్దిగా వెనుకకు వంగిన ఆకారాన్ని, వెనుక వైపు స్పష్టంగా వాలుగా ఉన్న తలక్రిందుల త్రిభుజాన్ని చూపుతుంది. చిన్న రంధ్రం యొక్క ముందు అంచు లేజర్ యొక్క క్రియాశీల ప్రాంతం, ఇక్కడ అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక బాష్పీభవన పీడనం ఉంటాయి, అయితే వెనుక అంచు వెంబడి ఉష్ణోగ్రత సాపేక్షంగా తక్కువగా మరియు బాష్పీభవన పీడనం తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ పీడనం మరియు ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం కింద, కరిగిన ద్రవం చిన్న రంధ్రం చుట్టూ ముందు వైపు నుండి వెనుక వైపుకు ప్రవహిస్తుంది, చిన్న రంధ్రం యొక్క వెనుక చివరన ఒక సుడిగుండాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, మరియు చివరకు వెనుక అంచు వద్ద ఘనీభవిస్తుంది. లేజర్ సిమ్యులేషన్ మరియు వాస్తవ వెల్డింగ్ ద్వారా పొందిన కీహోల్ యొక్క గతిశీల స్థితి, వివిధ వేగాలతో ప్రయాణించేటప్పుడు చిన్న రంధ్రాల స్వరూపం మరియు చుట్టూ ఉన్న కరిగిన ద్రవం యొక్క ప్రవాహం పై చిత్రంలో చూపబడ్డాయి.

చిన్న రంధ్రాలు ఉండటం వలన, లేజర్ పుంజం శక్తి పదార్థం లోపలికి చొచ్చుకుపోయి, ఈ లోతైన మరియు సన్నని వెల్డ్ సీమ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. లేజర్ డీప్ పెనెట్రేషన్ వెల్డ్ సీమ్ యొక్క సాధారణ క్రాస్-సెక్షనల్ స్వరూపం పై చిత్రంలో చూపబడింది. వెల్డ్ సీమ్ యొక్క చొచ్చుకుపోయే లోతు కీహోల్ లోతుకు దగ్గరగా ఉంటుంది (ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, మెటలోగ్రాఫిక్ పొర కీహోల్ కంటే 60-100 మైక్రాన్ల లోతుగా ఉంటుంది, అంటే ఒక ద్రవ పొర తక్కువగా ఉంటుంది). లేజర్ శక్తి సాంద్రత ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, చిన్న రంధ్రం అంత లోతుగా ఉంటుంది మరియు వెల్డ్ సీమ్ యొక్క చొచ్చుకుపోయే లోతు అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. అధిక-శక్తి లేజర్ వెల్డింగ్‌లో, వెల్డ్ సీమ్ యొక్క గరిష్ట లోతు-వెడల్పు నిష్పత్తి 12:1 వరకు చేరుకోగలదు.

శోషణ విశ్లేషణలేజర్ శక్తితాళపు రంధ్రం ద్వారా

చిన్న రంధ్రాలు మరియు ప్లాస్మా ఏర్పడక ముందు, లేజర్ యొక్క శక్తి ప్రధానంగా ఉష్ణ వాహనం ద్వారా వర్క్‌పీస్ లోపలికి ప్రసరిస్తుంది. ఈ వెల్డింగ్ ప్రక్రియ వాహక వెల్డింగ్ (0.5 మిమీ కంటే తక్కువ చొచ్చుకుపోయే లోతు) వర్గానికి చెందుతుంది, మరియు పదార్థం లేజర్‌ను శోషించుకునే రేటు 25-45% మధ్య ఉంటుంది. ఒకసారి కీహోల్ ఏర్పడిన తర్వాత, లేజర్ యొక్క శక్తి ప్రధానంగా కీహోల్ ప్రభావం ద్వారా వర్క్‌పీస్ లోపలి భాగం చేత శోషించబడుతుంది, మరియు వెల్డింగ్ ప్రక్రియ లోతైన చొచ్చుకుపోయే వెల్డింగ్‌గా (0.5 మిమీ కంటే ఎక్కువ చొచ్చుకుపోయే లోతు) మారుతుంది, దీని శోషణ రేటు 60-90% కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.

లేజర్ వెల్డింగ్, కటింగ్ మరియు డ్రిల్లింగ్ వంటి ప్రాసెసింగ్ సమయంలో లేజర్ శోషణను పెంచడంలో కీహోల్ ప్రభావం చాలా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది. కీహోల్‌లోకి ప్రవేశించే లేజర్ కిరణం, రంధ్రం గోడ నుండి జరిగే అనేక పరావర్తనాల ద్వారా దాదాపు పూర్తిగా శోషించబడుతుంది.

కీహోల్ లోపల లేజర్ యొక్క శక్తి శోషణ యంత్రాంగంలో రివర్స్ అబ్సార్ప్షన్ మరియు ఫ్రెనెల్ అబ్సార్ప్షన్ అనే రెండు ప్రక్రియలు ఉంటాయని సాధారణంగా నమ్ముతారు.

కీహోల్ లోపల పీడన సమతుల్యత

లేజర్ డీప్ పెనెట్రేషన్ వెల్డింగ్ సమయంలో, పదార్థం తీవ్రమైన బాష్పీభవనానికి గురవుతుంది, మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఆవిరి ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే వ్యాకోచ పీడనం ద్రవ లోహాన్ని బయటకు నెట్టివేసి, చిన్న రంధ్రాలను ఏర్పరుస్తుంది. పదార్థం యొక్క ఆవిరి పీడనం మరియు అబ్లేషన్ పీడనం (దీనిని బాష్పీభవన ప్రతిచర్య శక్తి లేదా రీకాయిల్ పీడనం అని కూడా పిలుస్తారు)తో పాటు, ఉపరితల తన్యత, గురుత్వాకర్షణ వల్ల కలిగే ద్రవ స్థిర పీడనం, మరియు చిన్న రంధ్రం లోపల కరిగిన పదార్థం ప్రవహించడం వల్ల ఉత్పన్నమయ్యే ద్రవ గతిజ పీడనం కూడా ఉంటాయి. ఈ పీడనాలలో, కేవలం ఆవిరి పీడనం మాత్రమే చిన్న రంధ్రం తెరుచుకునేలా చేస్తుంది, అయితే మిగిలిన మూడు శక్తులు చిన్న రంధ్రాన్ని మూసివేయడానికి ప్రయత్నిస్తాయి. వెల్డింగ్ ప్రక్రియ సమయంలో కీహోల్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని కాపాడుకోవడానికి, ఆవిరి పీడనం ఇతర నిరోధకతలను అధిగమించి సమతుల్యతను సాధించడానికి సరిపోవాలి, తద్వారా కీహోల్ యొక్క దీర్ఘకాలిక స్థిరత్వాన్ని కాపాడుతుంది. సరళత కోసం, కీహోల్ గోడపై పనిచేసే శక్తులు ప్రధానంగా అబ్లేషన్ పీడనం (లోహ ఆవిరి రీకాయిల్ పీడనం) మరియు ఉపరితల తన్యత అని సాధారణంగా నమ్ముతారు.

కీహోల్ యొక్క అస్థిరత

నేపథ్యం: లేజర్ పదార్థాల ఉపరితలంపై పనిచేసి, అధిక మొత్తంలో లోహం ఆవిరైపోయేలా చేస్తుంది. ఈ ప్రతిచర్య పీడనం కరిగిన లోహంపై క్రిందికి నొక్కి, కీహోల్స్ మరియు ప్లాస్మాను ఏర్పరుస్తుంది, ఫలితంగా ద్రవీభవన లోతు పెరుగుతుంది. ఈ కదిలే ప్రక్రియలో, లేజర్ కీహోల్ యొక్క ముందు గోడను తాకుతుంది, మరియు లేజర్ పదార్థాన్ని తాకిన ప్రదేశంలో పదార్థం తీవ్రంగా ఆవిరైపోతుంది. అదే సమయంలో, కీహోల్ గోడ ద్రవ్యరాశిని కోల్పోతుంది, మరియు ఈ ఆవిరి ఒక ప్రతిచర్య పీడనాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, అది ద్రవ లోహంపై క్రిందికి నొక్కి, కీహోల్ లోపలి గోడను క్రిందికి కదిలేలా చేస్తుంది మరియు కీహోల్ అడుగుభాగం చుట్టూ కరిగిన లోహం వెనుక వైపుకు కదిలేలా చేస్తుంది. ద్రవ రూపంలో ఉన్న లోహం ముందు గోడ నుండి వెనుక గోడకు కదలడం వలన, కీహోల్ లోపలి ఘనపరిమాణం నిరంతరం మారుతూ ఉంటుంది. దానికి అనుగుణంగా కీహోల్ యొక్క అంతర్గత పీడనం కూడా మారుతుంది, ఇది బయటకు చిమ్మబడిన ప్లాస్మా పరిమాణంలో మార్పుకు దారితీస్తుంది. ప్లాస్మా పరిమాణంలో మార్పు లేజర్ శక్తి యొక్క షీల్డింగ్, వక్రీభవనం మరియు శోషణలో మార్పులకు దారితీస్తుంది, ఫలితంగా పదార్థ ఉపరితలానికి చేరే లేజర్ శక్తిలో మార్పులు వస్తాయి. ఈ మొత్తం ప్రక్రియ డైనమిక్ మరియు ఆవర్తనంగా ఉంటుంది, చివరికి ఇది రంపపు పంటి ఆకారంలో మరియు అలల వంటి లోహ వ్యాప్తికి దారితీస్తుంది, మరియు నునుపైన సమాన వ్యాప్తి గల వెల్డ్ ఉండదు. పై చిత్రం వెల్డ్ మధ్య భాగానికి సమాంతరంగా నిలువు కోత ద్వారా పొందిన వెల్డ్ మధ్య భాగం యొక్క క్రాస్-సెక్షనల్ దృశ్యం, అలాగే కీహోల్ లోతు వైవిధ్యం యొక్క రియల్-టైమ్ కొలత.ఐపిజి-LDD సాక్ష్యంగా.

కీహోల్ యొక్క స్థిరత్వ దిశను మెరుగుపరచండి

లేజర్ డీప్ పెనెట్రేషన్ వెల్డింగ్ సమయంలో, చిన్న రంధ్రం లోపల ఉండే వివిధ పీడనాల గతిశీల సమతుల్యత ద్వారా మాత్రమే ఆ చిన్న రంధ్రం యొక్క స్థిరత్వాన్ని నిర్ధారించవచ్చు. అయితే, రంధ్రం గోడ ద్వారా లేజర్ శక్తి శోషణ, పదార్థాల బాష్పీభవనం, చిన్న రంధ్రం వెలుపల లోహపు ఆవిరి వెలువడటం, మరియు చిన్న రంధ్రం మరియు కరిగిన లోహం ముందుకు కదలడం వంటివన్నీ చాలా తీవ్రమైన మరియు వేగవంతమైన ప్రక్రియలు. కొన్ని ప్రక్రియ పరిస్థితులలో, వెల్డింగ్ ప్రక్రియలోని కొన్ని క్షణాలలో, స్థానిక ప్రాంతాలలో చిన్న రంధ్రం యొక్క స్థిరత్వానికి భంగం కలిగే అవకాశం ఉంది, ఇది వెల్డింగ్ లోపాలకు దారితీస్తుంది. వీటిలో అత్యంత సాధారణమైనవి మరియు సర్వసాధారణమైనవి: చిన్న రంధ్రాల రకం పోరోసిటీ లోపాలు మరియు కీహోల్ కూలిపోవడం వల్ల ఏర్పడే స్పాటర్;

మరి కీహోల్‌ను ఎలా స్థిరపరచాలి?

కీహోల్ ద్రవం యొక్క హెచ్చుతగ్గులు సాపేక్షంగా సంక్లిష్టమైనవి మరియు అనేక కారకాలను (ఉష్ణోగ్రత క్షేత్రం, ప్రవాహ క్షేత్రం, బల క్షేత్రం, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ భౌతిక శాస్త్రం) కలిగి ఉంటాయి, వీటిని రెండు వర్గాలుగా సులభంగా సంగ్రహించవచ్చు: ఉపరితల తన్యత మరియు లోహ ఆవిరి యొక్క రీకాయిల్ పీడనం మధ్య సంబంధం; లోహ ఆవిరి యొక్క రీకాయిల్ పీడనం నేరుగా కీహోల్స్ ఏర్పడటంపై పనిచేస్తుంది, ఇది కీహోల్స్ యొక్క లోతు మరియు పరిమాణంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. అదే సమయంలో, వెల్డింగ్ ప్రక్రియలో లోహ ఆవిరిలో పైకి కదిలే ఏకైక పదార్థం ఇదే కాబట్టి, ఇది స్పాటర్ ఏర్పడటంతో కూడా దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది; ఉపరితల తన్యత కరిగిన పూల్ యొక్క ప్రవాహాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది;

కాబట్టి స్థిరమైన లేజర్ వెల్డింగ్ ప్రక్రియ, కరిగిన పూల్‌లో ఉపరితల తన్యత యొక్క పంపిణీ ప్రవణతను పెద్దగా హెచ్చుతగ్గులు లేకుండా నిర్వహించడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఉపరితల తన్యత ఉష్ణోగ్రత పంపిణీకి సంబంధించినది, మరియు ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ ఉష్ణ మూలానికి సంబంధించినది. అందువల్ల, మిశ్రమ ఉష్ణ మూలం మరియు స్వింగ్ వెల్డింగ్ అనేవి స్థిరమైన వెల్డింగ్ ప్రక్రియకు సంభావ్య సాంకేతిక మార్గాలు;

లోహ బాష్పం మరియు కీహోల్ పరిమాణం విషయంలో ప్లాస్మా ప్రభావం మరియు కీహోల్ రంధ్రం యొక్క పరిమాణంపై శ్రద్ధ వహించాలి. రంధ్రం ఎంత పెద్దగా ఉంటే, కీహోల్ అంత పెద్దదిగా ఉంటుంది, మరియు కరిగిన పూల్ యొక్క అడుగు భాగంలో ఉండే స్వల్ప హెచ్చుతగ్గులు మొత్తం కీహోల్ పరిమాణం మరియు అంతర్గత పీడన మార్పులపై సాపేక్షంగా తక్కువ ప్రభావాన్ని చూపుతాయి; కాబట్టి సర్దుబాటు చేయగల రింగ్ మోడ్ లేజర్ (వార్షిక స్పాట్), లేజర్ ఆర్క్ పునఃసంయోగం, ఫ్రీక్వెన్సీ మాడ్యులేషన్ మొదలైనవన్నీ విస్తరించగల మార్గాలు.