המנגנון וסכימת הדיכוי של היווצרות התזות ריתוך לייזר

הגדרת פגם התזה: התזה בריתוך מתייחסת לטיפות מתכת מותכת הנפלטות מהבריכת המותכת במהלך תהליך הריתוך. טיפות אלו עלולות ליפול על משטח העבודה שמסביב, ולגרום לחספוס וחוסר אחידות על פני השטח, וגם עלולות לגרום לאובדן איכות הבריכת המותכת, וכתוצאה מכך שקעים, נקודות פיצוץ ופגמים אחרים על פני הריתוך המשפיעים על התכונות המכניות של הריתוך.

התזה בריתוך מתייחסת לטיפות מתכת מותכת הנפלטות מהבריכת המותכת במהלך תהליך הריתוך. טיפות אלו עלולות ליפול על משטח העבודה שמסביב, ולגרום לחספוס וחוסר אחידות על פני השטח, וגם עלולות לגרום לאובדן איכות הבריכת המותכת, וכתוצאה מכך שקעים, נקודות פיצוץ ופגמים אחרים על פני הריתוך המשפיעים על התכונות המכניות של הריתוך.

סיווג התזה:

התזות קטנות: טיפות התמצקות הנמצאות בקצה תפר הריתוך ועל פני החומר, ומשפיעות בעיקר על המראה ואינן משפיעות על הביצועים; באופן כללי, הגבול להבחנה הוא שהטיפה קטנה מ-20% מרוחב היתוך תפר הריתוך;

התזה גדולה: ישנה אובדן איכות, המתבטא בשקעים, נקודות פיצוץ, חתכים וכו' על פני השטח שלתפר ריתוך, אשר עלולים להוביל למאמץ ומאמץ לא אחידים, המשפיעים על ביצועי תפר הריתוך. הדגש העיקרי הוא על פגמים מסוג זה.

תהליך התרחשות התזה:

התזה מתבטאת כהזרקה של מתכת מותכת לתוך בריכת הריתוך בכיוון הניצב פחות או יותר לפני השטח של נוזל הריתוך עקב תאוצה גבוהה. ניתן לראות זאת בבירור באיור למטה, שבו עמודת הנוזל עולה מהמתכת ומתפרקת לטיפות, ויוצרת התזות.

סצנת התרחשות התזה

ריתוך בלייזרמחולק למוליכות תרמית וריתוך חדירה עמוקה.

ריתוך מוליכות תרמית כמעט ואינו מתרחש בהתזה: ריתוך מוליכות תרמית כרוך בעיקר בהעברת חום מפני השטח של החומר אל פנים החומר, וכמעט ואין נוצרים התזה במהלך התהליך. התהליך אינו כרוך באידוי מתכת חמור או בתגובות מטלורגיות פיזיקליות.

ריתוך חדירה עמוקה הוא התרחיש העיקרי בו מתרחשת התזה: ריתוך חדירה עמוקה כרוך בלייזר שמגיע ישירות לחומר, מעביר חום לחומר דרך חורי מנעול, ותגובת התהליך עזה, מה שהופך אותו לתרחיש העיקרי בו מתרחשת התזה.

כפי שמוצג באיור לעיל, חוקרים מסוימים משתמשים בצילום במהירות גבוהה בשילוב עם זכוכית שקופה בטמפרטורה גבוהה כדי לצפות במצב התנועה של חור המנעול במהלך ריתוך בלייזר. ניתן למצוא שהלייזר פוגע בעיקרון 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 בליעת פרנל בתוך חור המנעול. למעשה, זהו מצב של שברים ובליעה מרובים, תוך שמירה על קיומו של נוזל הבריכה המותכת. מיקום שבירת הלייזר במהלך כל תהליך משתנה עם זווית דופן חור המנעול, מה שגורם לחור המנעול להיות במצב תנועה מתפתל. מיקום קרינת הלייזר נמס, מתאדה, נתון לכוח ומתעוות, כך שהרטט הפריסטלטי נע קדימה.

בהשוואה שהוזכרה לעיל נעשה שימוש בזכוכית שקופה בטמפרטורה גבוהה, שהיא למעשה שווה ערך לחתך רוחב של בריכת המותך. אחרי הכל, מצב הזרימה של בריכת המותך שונה מהמצב האמיתי. לכן, כמה חוקרים השתמשו בטכנולוגיית הקפאה מהירה. במהלך תהליך הריתוך, בריכת המותך מוקפאת במהירות כדי להשיג את המצב המיידי בתוך חור המנעול. ניתן לראות בבירור שהלייזר פוגע בדופן הקדמית של חור המנעול, ויוצר מדרגה. הלייזר פועל על חריץ מדרגה זה, דוחף את בריכת המותך לזרום כלפי מטה, ממלא את פער חור המנעול במהלך תנועת הלייזר קדימה, וכך מקבל את דיאגרמת כיוון הזרימה המשוערת של הזרימה בתוך חור המנעול של בריכת המותך האמיתית. כפי שמוצג באיור הימני, לחץ הרתע המתכתי שנוצר על ידי אבלציה בלייזר של מתכת נוזלית דוחף את בריכת המותך הנוזלית לעקוף את הדופן הקדמית. חור המנעול נע לכיוון זנב בריכת המותך, עולה כלפי מעלה כמו מזרקה מאחור ופוגע בפני השטח של בריכת המותך הזנבית. במקביל, עקב מתח הפנים (ככל שטמפרטורת מתח הפנים נמוכה יותר, כך הפגיעה גדולה יותר), המתכת הנוזלית בבריכה המותכת הזנבית נמשכת על ידי מתח הפנים כדי לנוע לעבר קצה הבריכה המותכת, ומתמצקת ללא הרף. המתכת הנוזלית שניתן להתמצק בעתיד זורמת חזרה אל זנב חור המנעול, וכן הלאה.

תרשים סכמטי של ריתוך חדירה עמוקה בחור המנעול בלייזר: א: כיוון ריתוך; ב: קרן לייזר; ג: חור המנעול; ד: אדי מתכת, פלזמה; ה: גז מגן; ו: דופן קדמית של חור המנעול (טחינה לפני ההיתוך); ז: זרימה אופקית של חומר מותך דרך נתיב חור המנעול; ח: ממשק התמצקות של בריכת ההיתוך; I: נתיב הזרימה כלפי מטה של ​​בריכת ההיתוך.

תַקצִיר:

תהליך האינטראקציה בין לייזר לחומר: הלייזר פועל על פני החומר ויוצר אבלציה עזה. החומר מחומם תחילה, נמס ומתאדה. במהלך תהליך האידוי העזה, אדי המתכת נעים כלפי מעלה כדי ליצור לחץ רתע כלפי מטה על הבריכה המותכת, וכתוצאה מכך נוצר חור מנעול. הלייזר נכנס לחור המנעול ועובר תהליכי פליטה וספיגה מרובים, וכתוצאה מכך נוצרת 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 הרתע דוחף את המתכת הנוזלית מהדופן הקדמית של חור המנעול לנוע סביב חור המנעול לכיוון זנב הבריכה המותכת. הנוזל הנע במהירות גבוהה סביב חור המנעול יפגע בבריכה המותכת כלפי מעלה, ויוצר גלים מורמים. לאחר מכן, מונע על ידי מתח פנים, הוא נע לכיוון הקצה ומתמצק במחזור כזה. התזה מתרחשת בעיקר בקצה פתח חור המנעול, והמתכת הנוזלית על הדופן הקדמית תעקוף במהירות גבוהה את חור המנעול ותשפיע על מיקום הבריכה המותכת בדופן האחורית.