Лазер-окситруляцийн эрлийз зүсэх машины зарчим

Лазерын дөлний нийлмэл зүсэлт гэдэг нь ихэвчлэн "лазер хүчилтөрөгчийн зүсэлт"Энэ нь лазер хайлуулах гол процессуудын нэг юм (нөгөө хоёр нь лазер хайлуулах хайлалт болон лазер ууршуулах хайлалт юм). Энэ нь "лазераар үүсгэгдсэн дөл" гэсэн үг биш, харин хайлуулах процессын явцад металл (голчлон ган материал)-д хүчтэй исэлдэлтийн шаталтын урвал (өөрөөр хэлбэл "дөл") эхлүүлэхийн тулд лазерыг дулааны эх үүсвэр болгон ашигладаг эрлийз процесс юм. Энэ процесс нь химийн урвалын дулааны энергийг ашиглан хайлуулах гүйцэтгэлийг мэдэгдэхүйц сайжруулдаг.

Дараа нь бид түүний зарчмыг хэд хэдэн өнцгөөс дэлгэрэнгүй тайлбарлах болно.

Үндсэн зарчим: Лазераар өдөөгдсөн хяналттай металлын шаталт

1. Лазерын үүрэг (асаалт болон засвар үйлчилгээ):

• Өндөр энергийн нягтралтай лазер туяа нь ажлын хэсгийн гадаргуу дээр төвлөрч, цацраг туяагаар цацагдсан металлын температурыг гал асаах цэг хүртэл хурдан өсгөдөг (төмрийн хувьд ойролцоогоор 1350°C).
• Лазер туяа нь тасралтгүй, нарийвчлалтай, өндөр энергитэй дулааны эх үүсвэрийг бий болгодог бөгөөд энэ нь зөвхөн урвалыг асаахаас гадна хамгийн чухал нь урвалын хэсгийг өндөр температурт байлгадаг.

2. Хүчилтөрөгчийн үүрэг (шаталтын бодис ба хог хаягдал үүсгэгч):

• Лазераар халсан металл цэг дээр лазер туяагаар өндөр даралттай, өндөр цэвэршилттэй хүчилтөрөгчийн 1 урсгалыг коаксиаль байдлаар шахдаг.
• Гал асаах цэгт хүрсэн төмөр (Fe) болон хүчилтөрөгч (O₂) нь хүчтэй исэлдэлтийн экзотермик урвалд (шаталт) ордог: 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, дулаан
• Энэ урвал нь маш их дулаан ялгаруулдаг (лазерын өөрийнх нь энергиэс 3-5 дахин их!), энэ нь "нийлмэл" энергийн түлхүүр юм. Энэхүү нэмэлт дулаан нь нийт хайлах/хийжүүлэх чадварыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.

3. Нийлмэл хамтын ажиллагааны үйл явц:

• Урьдчилан халаах ба асаах: Лазер эхлээд орон нутгийн металлыг асаах цэг хүртэл халаана.
• Шаталтын экзотермик: хүчилтөрөгч шахах, металл хүчтэй шатаж, лазерын өгч чадахаас хамаагүй өндөр дулаан ялгаруулж, металлыг хурдан хайлуулж эсвэл бүр исэлдүүлж, шаар (голчлон Feo ба Fe3o4) үүсгэдэг.
• Үлээх ба хэлбэржүүлэх: Өндөр даралтын хүчилтөрөгчийн хийн урсгалын бас нэг чухал үүрэг бол зүсэлтийн давхаргаас үүссэн урвалаар үүссэн хайлсан металлын исэл (шаар)-ийг "агаарын хутга" шиг хүчтэй үлээж цэвэр, харьцангуй гөлгөр зүсэлтийн гадаргуу үүсгэх явдал юм.

Тасралтгүй: Лазер туяа урд зүг рүү хөдөлж, шинэ хэсгийг тасралтгүй халааж, шаталтын урвал нь лазерын фокусыг урагш болон доош дагаж, эцэст нь ажлын хэсэгт нэвтэрч, зүсэлт үүсгэдэг.

Энэ "нийлмэл" арга яагаад ийм үр дүнтэй вэ? (Давуу тал)

1. Зузаан хавтанг огтлох хүчтэй чадвар:Нүүрстөрөгчийн гангийн хувьд (жишээлбэл, бага нүүрстөрөгчийн ган) лазер хүчилтөрөгчийн зүсэлт нь дунд болон зузаан хавтанг (ихэвчлэн 6 мм-ээс их, 30 мм хүртэл эсвэл бүр илүү зузаан) огтлох хамгийн зардал багатай, хамгийн хурдан арга юм. Цэвэр лазер хайлуулах зүсэлт (жишээлбэл, азоттой) нь металыг хайлуулахын тулд бүхэлдээ лазерын энергид найдах шаардлагатай бөгөөд зузаан хавтангийн гадаргуу нь хангалтгүй юм шиг санагддаг.

2. Хурдан зүсэх хурд:Металлын шаталтын урвалын химийн энерги нэмэгдсэний улмаас нийт энергийн оролт нь ганц лазерын энергиэс хамаагүй өндөр тул зүсэх хурд нь ижил хүчээр хайлах зүсэлтээс хамаагүй хурдан байдаг.

3Тоног төхөөрөмжийн эрчим хүчний шаардлага харьцангуй бага байна:Ижил нүүрстөрөгчийн ганг огтлохын тулд лазер хүчилтөрөгчийн зүсэлт хийхэд шаардагдах лазерын хүч нь цэвэр лазер хайлуулах зүсэлтээс хамаагүй бага байж болох бөгөөд энэ нь тоног төхөөрөмжийн зардал болон эрчим хүчний хэрэглээг бууруулдаг.

4. Сайн зүсэх чанар:Нүүрстөрөгчийн ган зузаантай хавтангийн хувьд босоо байдал сайтай, шаар багатай (хамгийн тохиромжтой төлөв) зүсэх гадаргууг гаргаж авч болно.

Процессын шинж чанар ба хязгаарлалтууд

1. Материалын сонголт:

• Үндсэндээ урвалд ордог металлуудад: Хамгийн түгээмэл бөгөөд хамгийн тохиромжтой хэрэглээний материал бол нүүрстөрөгчийн ган юм.

• Зэвэрдэггүй ган, хөнгөн цагаан, зэс гэх мэтэд тохиромжгүй:
• Зэвэрдэггүй ган: хром (Cr) болон бусад элементүүд нь өндөр хайлах цэгтэй исэл (Cr2O3 гэх мэт) үүсгэдэг бөгөөд энэ нь исэлдэлтийн урвал үргэлжлэхээс сэргийлдэг бөгөөд шаарыг үлээхэд хялбар биш тул барзгар зүсэх гадаргуу болон ноцтой шаар өлгөөтэй болдог.
• Хөнгөн цагаан ба зэс: түүний ислийн хайлах цэг (Al2O3,CuO) нь суурь материалынхаас хамаагүй өндөр бөгөөд гадаргууг хатуу бүрхүүл шиг бүрхэж, урвал үргэлжлэхээс сэргийлж, лазерын тусгалд өндөр тусгалтай байдаг.

2. Зүсэх гадаргуугийн шинж чанар:

• Исэлдэлтийн урвалын улмаас зүсэлтийн гадаргуу нь исэлдэлтийн давхаргатай байх болно (хөхрөх боловсруулалттай төстэй) бөгөөд бага зэрэг барзгар байж болно (азотын зүсэлтийн тод талтай харьцуулахад).
• Доод талд нь бага зэрэг шаар өлгөөтэй байж магадгүй бөгөөд үүнийг процессын параметрүүдийг оновчтой болгосноор багасгах шаардлагатай.

3. Дулаанд өртсөн бүс илүү том байна:Хүчирхийллийн исэлдэлтийн урвал нь илүү их дулаан ялгаруулж, ажлын хэсгийн дулаанд өртөх бүс нь лазер хайлах, зүсэх бүсээс өргөн байх бөгөөд ажлын хэсгийн нийт дулааны деформаци арай том байж болно.

Бусад огтлох процессуудтай харьцуулах

VS. Цэвэр лазер азотын зүсэлт (хайлуулах зүсэлт):

• Азотын хайлалт: лазераар металл хайлуулж, хайлсан хэсгийг өндөр даралттай азотоор үлээж зайлуулна. Исэлдэлтийн урвал байхгүй, хэсэг нь тод, исэлдсэн давхарга байхгүй боловч хурд нь удаан, хийн хэрэглээ их, өртөг өндөр. Зэвэрдэггүй ган, хөнгөн цагаан гэх мэтт тохиромжтой бөгөөд зузаан нүүрстөрөгчийн ганд хэмнэлттэй биш.
• Хүчилтөрөгчийн зүсэлт: исэлдэлтийн урвал нэмэх, хурдан хурд, бага өртөгтэй, нүүрстөрөгчийн ганд тохиромжтой боловч хэсэг нь исэлдсэн давхаргатай.

VS. Уламжлалт дөлөөр зүсэх (оксиацетиленээр зүсэх):

• Уламжлалт дөл: дөлөөр урьдчилан халаах, цэвэр хүчилтөрөгчийн шаталтаар зүсэх. Удаан урьдчилан халаах, өргөн завсарлагатай, бага нарийвчлалтай, их хэмжээний дулааны деформацитай.
• Лазер хүчилтөрөгчийн зүсэлт: өндөр энергийн лазерын нарийвчлалтай, хурдан урьдчилан халаах, зүсэх оёдол нь маш нарийн (мөн лазерын цэгийн диаметр), өндөр нарийвчлалтай, жижиг
• ll налуу, бага дулааны нөлөөлөл нь уламжлалт дөл огтлох шинэчлэлт, өндөр нарийвчлалтай шинэчлэх хувилбар юм.

Хураангуй

Лазерын дөлний нийлмэл (лазерын хүчилтөрөгч) зүсэх машины гол зарчим нь цэвэр хүчилтөрөгчийн орчинд металл (төмөр)-ийн хүчтэй шаталтын урвалыг нарийвчлалтай асааж, хадгалахын тулд өндөр энергитэй лазер туяаг ашиглах, лазерын дулааны энергийг металлын исэлдэлтийн химийн энергитэй хослуулан "1 1> 2" зүсэх эффектийг бий болгох явдал юм. Энэ нь лазерын өндөр нарийвчлал, өндөр фокусын давуу талыг өндөр үр ашигтай, хүчилтөрөгчийн шаталтын хямд өртөгтэй давуу талуудтай төгс хослуулсан тул дунд болон зузаан нүүрстөрөгчийн ган хуудас зүсэх салбарт орлуулшгүй гол үйл явц болгодог.