લેસર સામગ્રીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા - કીહોલ અસર

કીહોલ્સની રચના અને વિકાસ:

કીહોલની વ્યાખ્યા: જ્યારે કિરણોત્સર્ગ વિકિરણ 10^6W/cm^2 કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે સામગ્રીની સપાટી લેસરની ક્રિયા હેઠળ ઓગળે છે અને બાષ્પીભવન થાય છે. જ્યારે બાષ્પીભવનની ઝડપ પૂરતી મોટી હોય છે, ત્યારે ઉત્પન્ન થયેલ બાષ્પ રીકોઇલ દબાણ સપાટીના તાણ અને પ્રવાહી ધાતુના પ્રવાહી ગુરુત્વાકર્ષણને દૂર કરવા માટે પૂરતું હોય છે, જેનાથી કેટલીક પ્રવાહી ધાતુઓ વિસ્થાપિત થાય છે, જેના કારણે ઉત્તેજના ક્ષેત્રમાં પીગળેલા પૂલ ડૂબી જાય છે અને નાના ખાડાઓ બનાવે છે. ; પ્રકાશનો કિરણ સીધા નાના ખાડાના તળિયે કાર્ય કરે છે, જેના કારણે ધાતુ વધુ ઓગળે છે અને ગેસિફાય થાય છે. ઉચ્ચ દબાણની વરાળ ખાડાના તળિયે પ્રવાહી ધાતુને પીગળેલા પૂલની પરિઘ તરફ વહેવા માટે દબાણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે, નાના છિદ્રને વધુ ઊંડું બનાવે છે. આ પ્રક્રિયા ચાલુ રહે છે, આખરે પ્રવાહી ધાતુમાં છિદ્ર જેવું કીહોલ બનાવે છે. જ્યારે નાના છિદ્રમાં લેસર બીમ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ધાતુની વરાળનું દબાણ પ્રવાહી ધાતુના સપાટીના તાણ અને ગુરુત્વાકર્ષણ સાથે સંતુલન સુધી પહોંચે છે, ત્યારે નાનો છિદ્ર વધુ ઊંડો થતો નથી અને ઊંડાઈનો સ્થિર નાનો છિદ્ર બનાવે છે, જેને "સ્મોલ હોલ ઇફેક્ટ" કહેવામાં આવે છે. .

જેમ જેમ લેસર બીમ વર્કપીસની સાપેક્ષે આગળ વધે છે તેમ, નાનું છિદ્ર આગળનું થોડું પાછળ વળેલું અને પાછળના ભાગમાં સ્પષ્ટપણે વળેલું ઊંધું ત્રિકોણ દર્શાવે છે. નાના છિદ્રની આગળની ધાર એ લેસરનું ક્રિયા ક્ષેત્ર છે, જેમાં ઉચ્ચ તાપમાન અને ઉચ્ચ વરાળ દબાણ હોય છે, જ્યારે પાછળની ધાર સાથેનું તાપમાન પ્રમાણમાં ઓછું હોય છે અને વરાળનું દબાણ નાનું હોય છે. આ દબાણ અને તાપમાનના તફાવત હેઠળ, પીગળેલું પ્રવાહી નાના છિદ્રની આસપાસ આગળના છેડાથી પાછળના છેડા સુધી વહે છે, નાના છિદ્રના પાછળના છેડે વમળ બનાવે છે, અને અંતે પાછળની ધાર પર મજબૂત બને છે. લેસર સિમ્યુલેશન અને વાસ્તવિક વેલ્ડીંગ દ્વારા મેળવેલા કીહોલની ગતિશીલ સ્થિતિ ઉપરની આકૃતિમાં દર્શાવવામાં આવી છે, નાના છિદ્રોનું મોર્ફોલોજી અને વિવિધ ઝડપે મુસાફરી દરમિયાન આસપાસના પીગળેલા પ્રવાહીનો પ્રવાહ.

નાના છિદ્રોની હાજરીને લીધે, લેસર બીમ ઊર્જા સામગ્રીના આંતરિક ભાગમાં પ્રવેશ કરે છે, આ ઊંડા અને સાંકડી વેલ્ડ સીમ બનાવે છે. લેસર ડીપ પેનિટ્રેશન વેલ્ડ સીમની લાક્ષણિક ક્રોસ-સેક્શનલ મોર્ફોલોજી ઉપરની આકૃતિમાં બતાવવામાં આવી છે. વેલ્ડ સીમની ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ કીહોલની ઊંડાઈની નજીક છે (ચોક્કસ કહીએ તો, મેટાલોગ્રાફિક સ્તર કીહોલ કરતાં 60-100um ઊંડું છે, એક ઓછું પ્રવાહી સ્તર). લેસર ઉર્જા ઘનતા જેટલી વધારે છે, નાના છિદ્ર જેટલા ઊંડા અને વેલ્ડ સીમની ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ વધારે છે. હાઇ-પાવર લેસર વેલ્ડીંગમાં, વેલ્ડ સીમની મહત્તમ ઊંડાઈથી પહોળાઈનો ગુણોત્તર 12:1 સુધી પહોંચી શકે છે.

ના શોષણનું વિશ્લેષણલેસર ઊર્જાકીહોલ દ્વારા

નાના છિદ્રો અને પ્લાઝ્માની રચના પહેલાં, લેસરની ઊર્જા મુખ્યત્વે થર્મલ વહન દ્વારા વર્કપીસના આંતરિક ભાગમાં પ્રસારિત થાય છે. વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા વાહક વેલ્ડીંગની છે (0.5 મીમીથી ઓછી ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ સાથે), અને લેસરની સામગ્રીનો શોષણ દર 25-45% ની વચ્ચે છે. એકવાર કીહોલ બની ગયા પછી, લેસરની ઊર્જા મુખ્યત્વે કીહોલ અસર દ્વારા વર્કપીસના આંતરિક ભાગ દ્વારા શોષાય છે, અને વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા ઊંડા ઘૂંસપેંઠ વેલ્ડીંગ બની જાય છે (0.5 મીમીથી વધુની ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ સાથે), શોષણ દર સુધી પહોંચી શકે છે. 60-90% થી વધુ.

કીહોલ અસર લેસર વેલ્ડીંગ, કટીંગ અને ડ્રિલીંગ જેવી પ્રક્રિયા દરમિયાન લેસરના શોષણને વધારવામાં અત્યંત મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. કીહોલમાં પ્રવેશતા લેસર બીમ છિદ્રની દિવાલમાંથી બહુવિધ પ્રતિબિંબ દ્વારા લગભગ સંપૂર્ણ રીતે શોષાય છે.

સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે કીહોલની અંદર લેસરની ઊર્જા શોષણ પદ્ધતિમાં બે પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે: રિવર્સ શોષણ અને ફ્રેસ્નલ શોષણ.

કીહોલની અંદર દબાણ સંતુલન

લેસર ડીપ પેનિટ્રેશન વેલ્ડીંગ દરમિયાન, સામગ્રી ગંભીર બાષ્પીભવનમાંથી પસાર થાય છે, અને ઉચ્ચ-તાપમાન વરાળ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વિસ્તરણ દબાણ પ્રવાહી ધાતુને બહાર કાઢે છે, નાના છિદ્રો બનાવે છે. સામગ્રીના બાષ્પ દબાણ અને નિવારણ દબાણ (જેને બાષ્પીભવન પ્રતિક્રિયા બળ અથવા રીકોઇલ દબાણ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) ઉપરાંત, સપાટી પરનો તણાવ, ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે પ્રવાહી સ્થિર દબાણ અને અંદર પીગળેલી સામગ્રીના પ્રવાહ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ પ્રવાહી ગતિશીલ દબાણ પણ છે. નાનો છિદ્ર. આ દબાણો પૈકી, માત્ર વરાળનું દબાણ નાના છિદ્રને ખોલવાનું જાળવે છે, જ્યારે અન્ય ત્રણ દળો નાના છિદ્રને બંધ કરવાનો પ્રયત્ન કરે છે. વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન કીહોલની સ્થિરતા જાળવવા માટે, કીહોલની લાંબા ગાળાની સ્થિરતા જાળવી રાખીને, અન્ય પ્રતિકારને દૂર કરવા અને સંતુલન પ્રાપ્ત કરવા માટે વરાળનું દબાણ પૂરતું હોવું જોઈએ. સરળતા માટે, સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે કીહોલની દિવાલ પર કામ કરતા દળો મુખ્યત્વે એબ્લેશન પ્રેશર (ધાતુની વરાળનું રિકોઇલ દબાણ) અને સપાટીનું તાણ છે.

કીહોલની અસ્થિરતા

પૃષ્ઠભૂમિ: લેસર સામગ્રીની સપાટી પર કાર્ય કરે છે, જેના કારણે મોટી માત્રામાં ધાતુનું બાષ્પીભવન થાય છે. રીકોઇલ દબાણ પીગળેલા પૂલ પર નીચે દબાય છે, કીહોલ્સ અને પ્લાઝ્મા બનાવે છે, પરિણામે ગલન ઊંડાઈમાં વધારો થાય છે. ખસેડવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન, લેસર કીહોલની આગળની દિવાલ સાથે અથડાવે છે, અને લેસર સામગ્રીનો સંપર્ક કરે છે તે સ્થાન સામગ્રીના ગંભીર બાષ્પીભવનનું કારણ બને છે. તે જ સમયે, કીહોલની દિવાલ સામૂહિક નુકશાનનો અનુભવ કરશે, અને બાષ્પીભવન એક રીકોઇલ દબાણ બનાવશે જે પ્રવાહી ધાતુ પર નીચે દબાશે, જેના કારણે કીહોલની અંદરની દિવાલ નીચેની તરફ વધઘટ થશે અને કીહોલના તળિયાની આસપાસ ફરશે. પીગળેલા પૂલ પાછળ. આગળની દિવાલથી પાછળની દિવાલ સુધી પ્રવાહી પીગળેલા પૂલની વધઘટને કારણે, કીહોલની અંદરની માત્રા સતત બદલાતી રહે છે, કીહોલનું આંતરિક દબાણ પણ તે મુજબ બદલાય છે, જે બહાર છાંટવામાં આવેલા પ્લાઝ્માના વોલ્યુમમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે. . પ્લાઝ્મા જથ્થામાં ફેરફારથી લેસર ઊર્જાના કવચ, પ્રત્યાવર્તન અને શોષણમાં ફેરફાર થાય છે, પરિણામે લેસરની ઊર્જા સામગ્રીની સપાટી સુધી પહોંચે છે. આ સમગ્ર પ્રક્રિયા ગતિશીલ અને સામયિક છે, જે આખરે લાકડાંઈ નો વહેર અને લહેરાતી ધાતુના ઘૂંસપેંઠમાં પરિણમે છે, અને ત્યાં કોઈ સરળ સમાન ઘૂંસપેંઠ વેલ્ડ નથી, ઉપરોક્ત આકૃતિ એ વેલ્ડની સમાંતર રેખાંશ કટીંગ દ્વારા મેળવેલ વેલ્ડના કેન્દ્રનું ક્રોસ-વિભાગીય દૃશ્ય છે. વેલ્ડનું કેન્દ્ર, તેમજ કીહોલની ઊંડાઈ વિવિધતાનું વાસ્તવિક-સમય માપનઆઈપીજી- પુરાવા તરીકે એલડીડી.

કીહોલની સ્થિરતા દિશામાં સુધારો

લેસર ડીપ પેનિટ્રેશન વેલ્ડીંગ દરમિયાન, નાના છિદ્રની સ્થિરતા માત્ર છિદ્રની અંદરના વિવિધ દબાણોના ગતિશીલ સંતુલન દ્વારા સુનિશ્ચિત કરી શકાય છે. જો કે, છિદ્રની દીવાલ દ્વારા લેસર ઊર્જાનું શોષણ અને સામગ્રીનું બાષ્પીભવન, નાના છિદ્રની બહાર ધાતુની વરાળનું ઇજેક્શન અને નાના છિદ્ર અને પીગળેલા પૂલની આગળની હિલચાલ એ બધી ખૂબ જ તીવ્ર અને ઝડપી પ્રક્રિયાઓ છે. ચોક્કસ પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ચોક્કસ ક્ષણો પર, સ્થાનિક વિસ્તારોમાં નાના છિદ્રની સ્થિરતા ખોરવાઈ જવાની સંભાવના છે, જે વેલ્ડીંગની ખામી તરફ દોરી જાય છે. સૌથી લાક્ષણિક અને સામાન્ય મુદ્દાઓ છે નાના છિદ્ર પ્રકારની છિદ્રાળુતા ખામીઓ અને કીહોલના ભંગાણને કારણે સ્પેટર;

તો કીહોલને કેવી રીતે સ્થિર કરવું?

કીહોલ પ્રવાહીની વધઘટ પ્રમાણમાં જટિલ છે અને તેમાં ઘણા બધા પરિબળો (તાપમાન ક્ષેત્ર, પ્રવાહ ક્ષેત્ર, બળ ક્ષેત્ર, ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર) નો સમાવેશ થાય છે, જેને ફક્ત બે શ્રેણીઓમાં સારાંશ આપી શકાય છે: સપાટીના તણાવ અને ધાતુના વરાળના દબાણ વચ્ચેનો સંબંધ; ધાતુની વરાળનું રીકોઇલ દબાણ સીધું કીહોલ્સના નિર્માણ પર કાર્ય કરે છે, જે કીહોલ્સની ઊંડાઈ અને વોલ્યુમ સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે. તે જ સમયે, વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયામાં ધાતુની વરાળના એક માત્ર ઉપર તરફ જતા પદાર્થ તરીકે, તે સ્પેટરની ઘટના સાથે પણ નજીકથી સંબંધિત છે; સપાટીની તાણ પીગળેલા પૂલના પ્રવાહને અસર કરે છે;

તેથી સ્થિર લેસર વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા પીગળેલા પૂલમાં સપાટીના તાણના વિતરણ ઢાળને જાળવવા પર આધાર રાખે છે, ખૂબ વધઘટ વગર. સપાટીનું તાણ તાપમાનના વિતરણ સાથે સંબંધિત છે, અને તાપમાનનું વિતરણ ગરમીના સ્ત્રોત સાથે સંબંધિત છે. તેથી, સંયુક્ત ગરમી સ્ત્રોત અને સ્વિંગ વેલ્ડીંગ સ્થિર વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા માટે સંભવિત તકનીકી દિશાઓ છે;

ધાતુની વરાળ અને કીહોલના જથ્થાને પ્લાઝ્મા અસર અને કીહોલ ખોલવાના કદ પર ધ્યાન આપવાની જરૂર છે. ઉદઘાટન જેટલું મોટું, કીહોલ તેટલું મોટું, અને મેલ્ટ પૂલના તળિયેના બિંદુમાં નજીવી વધઘટ, જે એકંદર કીહોલ વોલ્યુમ અને આંતરિક દબાણના ફેરફારો પર પ્રમાણમાં ઓછી અસર કરે છે; તેથી એડજસ્ટેબલ રિંગ મોડ લેસર (એનલ્યુલર સ્પોટ), લેસર આર્ક રિકોમ્બિનેશન, ફ્રીક્વન્સી મોડ્યુલેશન વગેરે તમામ દિશાઓ છે જેને વિસ્તૃત કરી શકાય છે.