Laserhitsauksen roiskeiden muodostumisen mekanismi ja vaimennusmenetelmä

Roiskevirheen määritelmä: Roiskevirheellä tarkoitetaan hitsausprosessin aikana sulasta altaasta sinkoutuvia sulan metallin pisaroita. Nämä pisarat voivat pudota ympäröivälle työpinnalle aiheuttaen pinnan karheutta ja epätasaisuutta. Ne voivat myös heikentää sulan altaan laatua, mikä johtaa lommoihin, räjähdyskohtiin ja muihin hitsauspinnan vikoihin, jotka vaikuttavat hitsin mekaanisiin ominaisuuksiin.

Hitsausroiskeilla tarkoitetaan sulasta altaasta hitsausprosessin aikana sinkoutuvia sulan metallin pisaroita. Nämä pisarat voivat pudota ympäröivälle työpinnalle aiheuttaen pinnan karheutta ja epätasaisuutta. Ne voivat myös heikentää sulan altaan laatua, mikä johtaa lommoihin, räjähdyskohtiin ja muihin hitsauspinnan vikoihin, jotka vaikuttavat hitsin mekaanisiin ominaisuuksiin.

Roiskeluokitus:

Pienet roiskeet: Hitsaussauman reunalla ja materiaalin pinnalla olevat jähmettymispisarat, jotka vaikuttavat pääasiassa ulkonäköön eivätkä suorituskykyyn; Yleensä erottamisrajana on, että pisaran koko on alle 20 % hitsaussauman sulamisleveydestä;

Suuret roiskeet: Hitsaussauman pinnalla on laadun heikkenemistä, joka ilmenee lommojen, räjähdyskohtien, alileikkausten jne. muodossa. Tämä voi johtaa epätasaiseen jännitykseen ja venymään, mikä vaikuttaa hitsaussauman suorituskykyyn. Pääpaino on tällaisissa vioissa.

Roiskeiden esiintymisprosessi:

Roiske ilmenee sulan metallin ruiskutuksena sulaan altaaseen suunnilleen kohtisuorassa hitsausnesteen pintaan nähden suuren kiihtyvyyden vuoksi. Tämä näkyy selvästi alla olevassa kuvassa, jossa nestepatsas nousee hitsaussulatteesta ja hajoaa pisaroiksi muodostaen roiskeita.

Roiskekohtaus

Laserhitsaus jaetaan lämmönjohtavuushitsaukseen ja syvätunkeutumishitsaukseen.

Lämmönjohtavuushitsauksessa roiskeita ei juurikaan esiinny: Lämmönjohtavuushitsauksessa lämpö siirtyy pääasiassa materiaalin pinnalta sisäosaan, eikä prosessin aikana synny juurikaan roiskeita. Prosessiin ei liity voimakasta metallin haihtumista tai fysikaalisia metallurgisia reaktioita.

Syvälle tunkeutuvassa hitsauksessa roiskumista esiintyy eniten: Syvälle tunkeutuvassa hitsauksessa lasersäde pääsee suoraan materiaaliin, jolloin lämpö siirtyy materiaaliin avaimenreikien kautta. Prosessireaktio on voimakas, minkä vuoksi roiskumista esiintyy eniten.

Kuten yllä olevasta kuvasta näkyy, jotkut tutkijat käyttävät nopeaa valokuvausta yhdistettynä korkean lämpötilan läpinäkyvään lasiin tarkkaillakseen avaimenreiän liiketilaa laserhitsauksen aikana. Voidaan havaita, että laser osuu avaimenreiän etuseinään työntäen nesteen virtaamaan alaspäin, ohittaen avaimenreiän ja saavuttaen sulan altaan häntäpään. Lasersäteen vastaanottopaikka avaimenreiän sisällä ei ole kiinteä, ja laser on Fresnel-absorptiotilassa avaimenreiän sisällä. Itse asiassa kyseessä on useiden taittumisten ja absorptioiden tila, joka ylläpitää sulan nesteen olemassaoloa. Lasersäteen taittumispaikka muuttuu jokaisen prosessin aikana avaimenreiän seinämän kulman mukaan, jolloin avaimenreikä kiertää. Lasersäteilytyskohta sulaa, haihtuu, altistuu voimalle ja muuttaa muotoaan, joten peristalttinen värähtely liikkuu eteenpäin.

Edellä mainitussa vertailussa käytetään korkean lämpötilan läpinäkyvää lasia, joka itse asiassa vastaa sulan altaan poikkileikkauskuvaa. Sulan altaan virtaustila eroaa loppujen lopuksi todellisesta tilanteesta. Siksi jotkut tutkijat ovat käyttäneet pikajäädytystekniikkaa. Hitsausprosessin aikana sula allas jäädytetään nopeasti, jotta saavutetaan hetkellinen tila avaimenreiän sisällä. Voidaan selvästi nähdä, että laser osuu avaimenreiän etuseinään muodostaen askelman. Laser vaikuttaa tähän askelmauraan työntäen sulaa allasta virtaamaan alaspäin, täyttäen avaimenreiän raon laserin eteenpäin suuntautuvan liikkeen aikana ja saaden siten likimääräisen virtaussuuntakaavion todellisen sulan altaan avaimenreiän sisällä olevasta virtauksesta. Kuten oikeanpuoleisessa kuvassa näkyy, nestemäisen metallin laserablaation synnyttämä metallin palautumispaine ajaa nestemäisen sulan altaan ohittamaan etuseinän. Avaimenreikä liikkuu kohti sulan altaan pyrstöä, purkautuen ylöspäin kuin suihkulähde takaa ja osuen pyrstösulan pintaan. Samaan aikaan pintajännityksen vuoksi (mitä alhaisempi pintajännityslämpötila, sitä suurempi isku) pintajännitys vetää häntäsulan nestemäistä metallia kohti sulan altaan reunaa ja jähmettyy jatkuvasti. Tulevaisuudessa jähmettyvä nestemäinen metalli kiertää takaisin alas avaimenreiän pyrstöön ja niin edelleen.

Laser-tähystyshitsauksen kaaviokuva: A: Hitsaussuunta; B: Lasersäde; C: Tähystyshitsaus; D: Metallihöyry, plasma; E: Suojakaasu; F: Tähystyshitsauksen etuseinä (sulatushiontaa edeltävästi); G: Sulan materiaalin vaakasuora virtaus tähystyshitsauksen reitillä; H: Sula-altaan jähmettymisrajapinta; I: Sulan altaan alaspäin suuntautuva virtausreitti.

Laserin ja materiaalin välinen vuorovaikutusprosessi: Laser vaikuttaa materiaalin pintaan ja tuottaa voimakkaan ablaation. Materiaali ensin kuumennetaan, sulatetaan ja haihdutetaan. Voimakkaan haihdutusprosessin aikana metallihöyry liikkuu ylöspäin antaen sulalle altaalle alaspäin suuntautuvan palautumispaineen, mikä johtaa avaimenreiän muodostumiseen. Laser saapuu avaimenreikään ja käy läpi useita emissio- ja absorptioprosesseja, mikä johtaa jatkuvaan metallihöyryn virtaukseen avaimenreiän ylläpidossa. Laser vaikuttaa pääasiassa avaimenreiän etuseinään, ja haihtuminen tapahtuu pääasiassa avaimenreiän etuseinässä. Palautuspaine työntää nestemäistä metallia avaimenreiän etuseinästä liikkumaan avaimenreiän ympäri kohti sulan altaan perää. Avaimenreiän ympäri suurella nopeudella liikkuva neste iskee sulaan altaaseen ylöspäin muodostaen kohotettuja aaltoja. Sitten pintajännityksen vaikutuksesta se liikkuu kohti reunaa ja jähmettyy tällaisessa syklissä. Roiskeita tapahtuu pääasiassa avaimenreiän aukon reunalla, ja etuseinässä oleva nestemäinen metalli ohittaa nopeasti avaimenreiän ja iskee takaseinän sulaan altaaseen.