המנגנון וערכת הדיכוי של היווצרות ניתזי ריתוך בלייזר

הגדרה של פגם התזה: התזה בריתוך מתייחסת לטיפות המתכת המותכות שנפלטו מהבריכה המותכת במהלך תהליך הריתוך. טיפות אלו עלולות ליפול על משטח העבודה שמסביב, ולגרום לחספוס ואי אחידות על פני השטח, וכן עלולות לגרום לאובדן איכות הבריכה המותכת, וכתוצאה מכך לשקעים, נקודות פיצוץ ופגמים אחרים על פני הריתוך המשפיעים על התכונות המכניות של הריתוך. .

התזה בריתוך מתייחסת לטיפות המתכת המותכות שנפלטו מהבריכה המותכת במהלך תהליך הריתוך. טיפות אלו עלולות ליפול על משטח העבודה שמסביב, ולגרום לחספוס ואי אחידות על פני השטח, וכן עלולות לגרום לאובדן איכות הבריכה המותכת, וכתוצאה מכך לשקעים, נקודות פיצוץ ופגמים אחרים על פני הריתוך המשפיעים על התכונות המכניות של הריתוך. .

סיווג התזה:

נתזים קטנים: טיפות התמצקות בקצה תפר הריתוך ועל פני החומר, משפיעות בעיקר על המראה ואין להן השפעה על הביצועים; באופן כללי, הגבול להבחנה הוא שהטיפה היא פחות מ-20% מרוחב היתוך תפר הריתוך;

נתזים גדולים: יש אובדן איכות, המתבטא בשקעים, נקודות פיצוץ, חתכים תחתונים וכו' על פני תפר הריתוך, מה שעלול להוביל ללחץ ומתח לא אחידים, המשפיעים על ביצועי תפר הריתוך. ההתמקדות העיקרית היא בסוגים אלה של ליקויים.

תהליך התרחשות התזה:

התזה מתבטאת בהזרקת מתכת מותכת בבריכה המותכת בכיוון בערך בניצב למשטח נוזל הריתוך עקב האצה גבוהה. ניתן לראות זאת בבירור באיור למטה, שם עמודת הנוזל עולה מהמסת הריתוך ומתפרקת לטיפות, ויוצרות נתזים.

סצנת התרחשות התזה

ריתוך בלייזר מתחלק לריתוך מוליכות תרמית וריתוך חדירה עמוקה.

לריתוך מוליכות תרמית כמעט ואין התרחשות של ניתזים: ריתוך מוליכות תרמית כולל בעיקר העברת חום מפני השטח של החומר לפנים, כמעט ללא ניתזים שנוצרים במהלך התהליך. התהליך אינו כרוך באידוי מתכות חמור או בתגובות מתכות פיזיות.

ריתוך חדירה עמוקה הוא התרחיש העיקרי שבו מתרחשת התזה: ריתוך חדירה עמוק כולל הגעת לייזר ישירות לתוך החומר, העברת חום לחומר דרך חורי המנעול, ותגובת התהליך אינטנסיבית, מה שהופך אותו לתרחיש העיקרי שבו מתרחשת התזה.

כפי שמוצג באיור לעיל, חלק מהחוקרים משתמשים בצילום במהירות גבוהה בשילוב עם זכוכית שקופה בטמפרטורה גבוהה כדי לראות את מצב התנועה של חור המנעול במהלך ריתוך לייזר. ניתן לגלות שהלייזר בעצם פוגע בדופן הקדמית של חור המנעול, דוחף את הנוזל לזרום כלפי מטה, עוקף את חור המנעול ומגיע לזנב הבריכה המותכת. המיקום שבו הלייזר נקלט בתוך חור המנעול אינו קבוע, והלייזר נמצא במצב קליטת Fresnel בתוך חור המנעול. למעשה, מדובר במצב של שבירה וספיגה מרובים, השומר על קיומו של נוזל הבריכה המותך. מיקום שבירת הלייזר במהלך כל תהליך משתנה עם הזווית של דופן חור המנעול, מה שגורם לחור המנעול להיות במצב תנועת פיתול. עמדת קרינת הלייזר נמסה, מתאדה, נתונה לכוח ומתעוותת, כך שהרעידה הפריסטלטית נעה קדימה.

ההשוואה שהוזכרה לעיל משתמשת בזכוכית שקופה בטמפרטורה גבוהה, שהיא למעשה שווה ערך לנוף חתך של הבריכה המותכת. אחרי הכל, מצב הזרימה של הבריכה המותכת שונה מהמצב האמיתי. לכן, כמה חוקרים השתמשו בטכנולוגיית הקפאה מהירה. במהלך תהליך הריתוך, הבריכה המותכת מוקפאת במהירות כדי לקבל את המצב המיידי בתוך חור המנעול. ניתן לראות בבירור שהלייזר פוגע בדופן הקדמית של חור המנעול ויוצר מדרגה. הלייזר פועל על חריץ הצעד הזה, דוחף את הבריכה המותכת לזרום כלפי מטה, ממלא את מרווח חור המנעול במהלך תנועת הלייזר קדימה, וכך משיג את דיאגרמת כיוון הזרימה המשוער של הזרימה בתוך חור המנעול של הבריכה המותכת האמיתית. כפי שמוצג באיור הימני, לחץ הרתיעה המתכת שנוצר על ידי אבלציה בלייזר של מתכת נוזלית דוחף את הבריכה המותכת הנוזלית לעקוף את הקיר הקדמי. חור המנעול נע לכיוון הזנב של הבריכה המותכת, גולש כלפי מעלה כמו מזרקה מאחור ופוגע על פני הבריכה המותכת בזנב. במקביל, בגלל מתח הפנים (ככל שטמפרטורת מתח הפנים נמוכה יותר, ההשפעה גדולה יותר), המתכת הנוזלית בבריכה המותכת בזנב נמשכת על ידי מתח הפנים לנוע לכיוון קצה הבריכה המותכת, ומתמצקת ללא הרף. . המתכת הנוזלית שיכולה להתמצק בעתיד מסתובבת חזרה למטה לזנב חור המנעול, וכן הלאה.

תרשים סכמטי של ריתוך חדירה עמוקה של חור מפתח בלייזר: א: כיוון ריתוך; ב: קרן לייזר; ג: חור המנעול; D: אדי מתכת, פלזמה; ה: גז מגן; F: קיר קדמי של חור המנעול (טחינה לפני התכה); G: זרימה אופקית של חומר מותך דרך נתיב חור המנעול; H: ממשק התמצקות של בריכת נמס; I: נתיב הזרימה כלפי מטה של ​​הבריכה המותכת.

תהליך האינטראקציה בין לייזר לחומר: הלייזר פועל על פני החומר ומייצר אבלציה אינטנסיבית. החומר מחומם תחילה, נמס ומאדה. במהלך תהליך האידוי האינטנסיבי, אדי המתכת נעים כלפי מעלה כדי לתת לבריכה המותכת לחץ רתיעה כלפי מטה, וכתוצאה מכך נוצר חור מפתח. הלייזר חודר לחור המנעול ועובר תהליכי פליטה וספיגה מרובים, וכתוצאה מכך אספקה ​​רציפה של אדי מתכת השומרים על חור המנעול; הלייזר פועל בעיקר על הדופן הקדמית של חור המנעול, והאידוי מתרחש בעיקר על הדופן הקדמית של חור המנעול. לחץ הרתיעה דוחף את המתכת הנוזלית מהדופן הקדמית של חור המנעול כדי לנוע סביב חור המנעול לכיוון זנבה של הבריכה המותכת. הנוזל שנע במהירות גבוהה סביב חור המנעול יפגע בבריכה המותכת כלפי מעלה, וייצור גלים מוגבהים. ואז, מונע על ידי מתח פני השטח, הוא נע לעבר הקצה ומתמצק במחזור כזה. התזה מתרחשת בעיקר בשולי פתח חור המנעול, והמתכת הנוזלית על הקיר הקדמי תעקוף במהירות גבוהה את חור המנעול ותפגע במיקום הבריכה המותכת בקיר האחורי.