લેસર મટીરીયલ ઇન્ટરેક્શન - કીહોલ ઇફેક્ટ

કીહોલ્સની રચના અને વિકાસ:

કીહોલ વ્યાખ્યા: જ્યારે રેડિયેશન ઇરેડિયન્સ 10 ^ 6W/cm ^ 2 કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે લેસરની ક્રિયા હેઠળ સામગ્રીની સપાટી પીગળે છે અને બાષ્પીભવન થાય છે. જ્યારે બાષ્પીભવનનો દર પૂરતો મોટો હોય છે, ત્યારે ઉત્પન્ન થયેલ વરાળ રિકોઇલ દબાણ પ્રવાહી ધાતુના સપાટીના તણાવ અને પ્રવાહી ગુરુત્વાકર્ષણને દૂર કરવા માટે પૂરતું હોય છે, જેના કારણે પ્રવાહી ધાતુનો કેટલોક ભાગ વિસ્થાપિત થાય છે, જેના કારણે ઉત્તેજના ક્ષેત્રમાં પીગળેલા પૂલ ડૂબી જાય છે અને નાના ખાડાઓ બને છે; પ્રકાશનો કિરણ સીધા નાના ખાડાના તળિયે કાર્ય કરે છે, જેના કારણે ધાતુ વધુ ઓગળે છે અને ગેસિફાય થાય છે. ઉચ્ચ દબાણવાળી વરાળ ખાડાના તળિયે પ્રવાહી ધાતુને પીગળેલા પૂલની પરિઘ તરફ વહેવા માટે દબાણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે, જેનાથી નાના છિદ્ર વધુ ઊંડા થાય છે. આ પ્રક્રિયા ચાલુ રહે છે, આખરે પ્રવાહી ધાતુમાં કીહોલ જેવું છિદ્ર બને છે. જ્યારે નાના છિદ્રમાં લેસર બીમ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ધાતુનું વરાળ દબાણ પ્રવાહી ધાતુના સપાટીના તણાવ અને ગુરુત્વાકર્ષણ સાથે સંતુલન સુધી પહોંચે છે, ત્યારે નાનું છિદ્ર હવે ઊંડું થતું નથી અને ઊંડાઈ સ્થિર નાના છિદ્ર બનાવે છે, જેને "નાનું છિદ્ર અસર" કહેવામાં આવે છે.

જેમ જેમ લેસર બીમ વર્કપીસની સાપેક્ષમાં ફરે છે, તેમ તેમ નાનું છિદ્ર આગળ થોડું પાછળ વળેલું અને પાછળ સ્પષ્ટ રીતે વળેલું ઊંધું ત્રિકોણ દર્શાવે છે. નાના છિદ્રની આગળની ધાર લેસરનું ક્રિયા ક્ષેત્ર છે, જેમાં ઉચ્ચ તાપમાન અને ઉચ્ચ બાષ્પ દબાણ હોય છે, જ્યારે પાછળની ધાર સાથે તાપમાન પ્રમાણમાં ઓછું હોય છે અને બાષ્પ દબાણ ઓછું હોય છે. આ દબાણ અને તાપમાનના તફાવત હેઠળ, પીગળેલું પ્રવાહી નાના છિદ્રની આસપાસ આગળના છેડાથી પાછળના છેડા સુધી વહે છે, નાના છિદ્રના પાછળના છેડા પર વમળ બનાવે છે, અને અંતે પાછળની ધાર પર ઘન બને છે. લેસર સિમ્યુલેશન અને વાસ્તવિક વેલ્ડીંગ દ્વારા મેળવેલ કીહોલની ગતિશીલ સ્થિતિ ઉપરોક્ત આકૃતિમાં બતાવવામાં આવી છે, નાના છિદ્રોનું આકારશાસ્ત્ર અને વિવિધ ગતિએ મુસાફરી દરમિયાન આસપાસના પીગળેલા પ્રવાહીનો પ્રવાહ.

નાના છિદ્રોની હાજરીને કારણે, લેસર બીમ ઊર્જા સામગ્રીના આંતરિક ભાગમાં પ્રવેશ કરે છે, જે આ ઊંડા અને સાંકડા વેલ્ડ સીમ બનાવે છે. લેસર ડીપ પેનિટ્રેશન વેલ્ડ સીમની લાક્ષણિક ક્રોસ-સેક્શનલ મોર્ફોલોજી ઉપરોક્ત આકૃતિમાં બતાવવામાં આવી છે. વેલ્ડ સીમની ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ કીહોલની ઊંડાઈની નજીક છે (ચોક્કસપણે કહીએ તો, મેટલોગ્રાફિક સ્તર કીહોલ કરતાં 60-100um ઊંડો છે, એક પ્રવાહી સ્તર ઓછો છે). લેસર ઊર્જા ઘનતા જેટલી ઊંચી હશે, નાનો છિદ્ર ઊંડો હશે અને વેલ્ડ સીમની ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ એટલી જ વધારે હશે. હાઇ-પાવર લેસર વેલ્ડીંગમાં, વેલ્ડ સીમની મહત્તમ ઊંડાઈથી પહોળાઈનો ગુણોત્તર 12:1 સુધી પહોંચી શકે છે.

શોષણનું વિશ્લેષણલેસર ઊર્જાકીહોલ દ્વારા

નાના છિદ્રો અને પ્લાઝ્મા બનતા પહેલા, લેસરની ઉર્જા મુખ્યત્વે થર્મલ વાહકતા દ્વારા વર્કપીસના આંતરિક ભાગમાં પ્રસારિત થાય છે. વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા વાહક વેલ્ડીંગ (0.5 મીમી કરતા ઓછી ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ સાથે) ની છે, અને સામગ્રીનો લેસરનો શોષણ દર 25-45% ની વચ્ચે છે. એકવાર કીહોલ બની જાય, પછી લેસરની ઉર્જા મુખ્યત્વે કીહોલ અસર દ્વારા વર્કપીસના આંતરિક ભાગ દ્વારા શોષાય છે, અને વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા ઊંડા ઘૂંસપેંઠ વેલ્ડીંગ (0.5 મીમી કરતા વધુ ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ સાથે) બની જાય છે, શોષણ દર 60-90% થી વધુ સુધી પહોંચી શકે છે.

લેસર વેલ્ડીંગ, કટીંગ અને ડ્રિલિંગ જેવી પ્રક્રિયા દરમિયાન લેસરના શોષણને વધારવામાં કીહોલ અસર અત્યંત મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. કીહોલમાં પ્રવેશતા લેસર બીમ છિદ્ર દિવાલમાંથી બહુવિધ પ્રતિબિંબ દ્વારા લગભગ સંપૂર્ણપણે શોષાય છે.

સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે કીહોલની અંદર લેસરની ઊર્જા શોષણ પદ્ધતિમાં બે પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે: રિવર્સ શોષણ અને ફ્રેસ્નેલ 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, જેનાથી નાના છિદ્રો બને છે. સામગ્રીના બાષ્પ દબાણ અને એબ્લેશન દબાણ (જેને બાષ્પીભવન પ્રતિક્રિયા બળ અથવા રીકોઇલ દબાણ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) ઉપરાંત, સપાટી તણાવ, ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે પ્રવાહી સ્થિર દબાણ અને નાના છિદ્રની અંદર પીગળેલા પદાર્થના પ્રવાહ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ પ્રવાહી ગતિશીલ દબાણ પણ છે. આ દબાણો પૈકી, ફક્ત વરાળ દબાણ નાના છિદ્રના ઉદઘાટનને જાળવી રાખે છે, જ્યારે અન્ય ત્રણ દળો નાના છિદ્રને બંધ કરવાનો પ્રયાસ કરે છે. વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન કીહોલની સ્થિરતા જાળવવા માટે, વરાળ દબાણ અન્ય પ્રતિકારને દૂર કરવા અને સંતુલન પ્રાપ્ત કરવા માટે પૂરતું હોવું જોઈએ, કીહોલની લાંબા ગાળાની સ્થિરતા જાળવી રાખવી. સરળતા માટે, સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે કીહોલ દિવાલ પર કાર્ય કરતા દળો મુખ્યત્વે એબ્લેશન દબાણ (મેટલ વેપર રીકોઇલ દબાણ) અને સપાટી તણાવ છે.

કીહોલની અસ્થિરતા

પૃષ્ઠભૂમિ: લેસર સામગ્રીની સપાટી પર કાર્ય કરે છે, જેના કારણે મોટી માત્રામાં ધાતુ બાષ્પીભવન થાય છે. રીકોઇલ દબાણ પીગળેલા પૂલ પર નીચે દબાય છે, કીહોલ અને પ્લાઝ્મા બનાવે છે, જેના પરિણામે ગલન ઊંડાઈ વધે છે. ખસેડવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન, લેસર કીહોલની આગળની દિવાલ સાથે અથડાય છે, અને જ્યાં લેસર સામગ્રીને સંપર્ક કરે છે તે સ્થાન સામગ્રીનું ગંભીર બાષ્પીભવન કરશે. તે જ સમયે, કીહોલ દિવાલમાં સામૂહિક નુકસાન થશે, અને બાષ્પીભવન એક રીકોઇલ દબાણ બનાવશે જે પ્રવાહી ધાતુ પર દબાશે, જેના કારણે કીહોલની આંતરિક દિવાલ નીચે તરફ વધઘટ થશે અને કીહોલના તળિયે પીગળેલા પૂલની પાછળની તરફ ફરશે. પ્રવાહી પીગળેલા પૂલની આગળની દિવાલથી પાછળની દિવાલ સુધીની વધઘટને કારણે, કીહોલની અંદરનું કદ સતત બદલાતું રહે છે, કીહોલનું આંતરિક દબાણ પણ તે મુજબ બદલાય છે, જે સ્પ્રે કરેલા પ્લાઝ્માના જથ્થામાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે. પ્લાઝ્માના જથ્થામાં ફેરફારથી લેસર ઊર્જાના રક્ષણ, રીફ્રેક્શન અને શોષણમાં ફેરફાર થાય છે, જેના પરિણામે સામગ્રીની સપાટી સુધી પહોંચતી લેસરની ઊર્જામાં ફેરફાર થાય છે. આખી પ્રક્રિયા ગતિશીલ અને સમયાંતરે થાય છે, જેના પરિણામે લાકડાંઈ નો વહેર આકારનો અને લહેરાતો ધાતુનો ઘૂંસપેંઠ થાય છે, અને કોઈ સરળ સમાન ઘૂંસપેંઠ વેલ્ડ નથી. ઉપરોક્ત આકૃતિ વેલ્ડના કેન્દ્રના સમાંતર રેખાંશ કટીંગ દ્વારા મેળવેલા વેલ્ડના કેન્દ્રનું ક્રોસ-સેક્શનલ દૃશ્ય છે, તેમજ કીહોલ ઊંડાઈના તફાવતનું વાસ્તવિક સમય માપન છે.આઈપીજી- પુરાવા તરીકે LDD.

કીહોલની સ્થિરતા દિશામાં સુધારો

લેસર ડીપ પેનિટ્રેશન વેલ્ડીંગ દરમિયાન, નાના છિદ્રની સ્થિરતા ફક્ત છિદ્રની અંદરના વિવિધ દબાણોના ગતિશીલ સંતુલન દ્વારા જ સુનિશ્ચિત કરી શકાય છે. જો કે, છિદ્રની દિવાલ દ્વારા લેસર ઊર્જાનું શોષણ અને સામગ્રીનું બાષ્પીભવન, નાના છિદ્રની બહાર ધાતુના વરાળનું ઉત્સર્જન, અને નાના છિદ્ર અને પીગળેલા પૂલની આગળની ગતિ એ બધી ખૂબ જ તીવ્ર અને ઝડપી પ્રક્રિયાઓ છે. ચોક્કસ પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિઓમાં, વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ચોક્કસ ક્ષણો પર, સ્થાનિક વિસ્તારોમાં નાના છિદ્રની સ્થિરતા ખોરવાઈ શકે છે, જે વેલ્ડીંગ ખામીઓ તરફ દોરી જાય છે. સૌથી લાક્ષણિક અને સામાન્ય ખામીઓ નાના છિદ્ર પ્રકારના છિદ્રાળુ ખામીઓ અને કીહોલ પતનને કારણે થતા છાંટા છે;

તો કીહોલને કેવી રીતે સ્થિર કરવું?

કીહોલ પ્રવાહીનું વધઘટ પ્રમાણમાં જટિલ છે અને તેમાં ઘણા બધા પરિબળો (તાપમાન ક્ષેત્ર, પ્રવાહ ક્ષેત્ર, બળ ક્ષેત્ર, ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર) શામેલ છે, જેને ફક્ત બે શ્રેણીઓમાં સારાંશ આપી શકાય છે: સપાટી તણાવ અને ધાતુ વરાળ રીકોઇલ દબાણ વચ્ચેનો સંબંધ; ધાતુ વરાળનું રીકોઇલ દબાણ સીધા કીહોલ્સના ઉત્પાદન પર કાર્ય કરે છે, જે કીહોલ્સની ઊંડાઈ અને વોલ્યુમ સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે. તે જ સમયે, વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયામાં ધાતુ વરાળના એકમાત્ર ઉપર તરફ જતા પદાર્થ તરીકે, તે સ્પેટરની ઘટના સાથે પણ ગાઢ રીતે સંબંધિત છે; સપાટી તણાવ પીગળેલા પૂલના પ્રવાહને અસર કરે છે;

તેથી સ્થિર લેસર વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા પીગળેલા પૂલમાં સપાટીના તણાવના વિતરણ ઢાળને જાળવવા પર આધાર રાખે છે, ખૂબ વધઘટ વિના. સપાટીનું તણાવ તાપમાન વિતરણ સાથે સંબંધિત છે, અને તાપમાન વિતરણ ગરમીના સ્ત્રોત સાથે સંબંધિત છે. તેથી, સંયુક્ત ગરમી સ્ત્રોત અને સ્વિંગ વેલ્ડીંગ સ્થિર વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા માટે સંભવિત તકનીકી દિશાઓ છે;

ધાતુના વરાળ અને કીહોલના જથ્થા માટે પ્લાઝ્મા અસર અને કીહોલ ઓપનિંગના કદ પર ધ્યાન આપવાની જરૂર છે. ઓપનિંગ જેટલું મોટું હશે, કીહોલ તેટલું મોટું હશે, અને મેલ્ટ પૂલના તળિયે નજીવી વધઘટ થશે, જે એકંદર કીહોલ વોલ્યુમ અને આંતરિક દબાણ ફેરફારો પર પ્રમાણમાં ઓછી અસર કરશે; તેથી એડજસ્ટેબલ રિંગ મોડ લેસર (એન્ક્યુલર સ્પોટ), લેસર આર્ક રિકોમ્બિનેશન, ફ્રીક્વન્સી મોડ્યુલેશન, વગેરે એ બધી દિશાઓ છે જેને વિસ્તૃત કરી શકાય છે.