Lazer Lehimləmədə Fokus Dərinliyi ilə Lehimləmə Sabitliyi Arasındakı Əlaqənin Təhlili

Lazer lehimləmədə, lazer şüası optik sistem tərəfindən iş parçasının səthi və ya daxili üzərinə yönəldilir və yüksək enerji sıxlığına malik bir bölgə yaradılır. Dərinlik fokuslanması (DOF), lazer şüasının fəza enerjisi paylanmasını təsvir edən əsas parametr kimi, ərimiş çanaq formasının yaranmasına, enerjinin birləşmə davranışına və ümumi lehimləmə sabitliyinə birbaşa təsir edir. Dərinlik fokuslanması ilə lehimləmə sabitliyi arasındakı əlaqəni başa düşmək, lazer lehimləmə proses pəncərəsinin optimallaşdırılması üçün vacibdir.

1. Dərinlik Fokusunun Tərifi və Fiziki Mənası

Dərinlik fokuslanması (DOF) fokuslanmış ləkə ölçüsünün qəbul edilə bilən dəyişmə həddi daxilində qalan, lazerin yayılması istiqaməti boyunca olan şaquli aralığı ifadə edir. Bu, adətən ləkə diametri minimum ləkə diametrinin müəyyin çarpana (məsələn 1,2 və ya 1,5 dəfə) çatdığı məsafə kimi təyin olunur.

Optik cəhətdən fokus dərinliyi əsasən aşağıdakı amillərdən asılıdır:

Lazer dalğa uzunluğu

Fokuslaşdırıcı linzanın fokus məsafəsi

Şüa keyfiyyəti (M² faktoru)

İlkin şüa diametri

Daha böyük fokus dərinliyi daha tədrici oxial enerji paylanmasına səbəb olur, daha kiçik fokus dərinliyi isə daha yüksək enerji konsentrasiyasına, lakin mövqe meyllərinə qarşı daha böyük həssaslığa gətirib çıxarır.

2. Qaynaq sabitliyinin əsas anlayışı

Qaynaq sabitliyi ümumiyyətlə qaynaq prosesi zamanı ərimiş vannanın davranışı, enerji daxilolması və qaynaq birləşməsinin formasının ardıcadlılığını ifadə edir. Sabit qaynaq şəraitində qaynaq eni, nüfuzetmə dərinliyi, püskürmə davranışı və plazma vəziyyəti nisbətən sabit qalır.

Qaynaq sabitliyini təsir edən əsas amillər:

Lazer gücü və güc dalğalanmaları

Fokusun mövqeyinin meyl olması

İş parçasının sabitlənməsi və səth düzgönlüyü

Qaynaq sürəti

Qoruyucu qaz şəraiti

Bu faktorlar arasında fokusun mövqeyi üzrə kiçik meyllər tez-tez fokus dərinliyi boyu gücləndirilir və nəticədə qaynaq sabitliyinə mənfi təsir göstərir.

3. Fokus Dərinliyinin Qaynaq Sabitliyinə Təsirinin Mexanizmləri
3.1 Fokus Dərinliyi və Fokus Mövqeyi Toleransı

Tətbiqi istehsalatda, iş parçasının hündürlüyündə, istilik deformasiyasında və sabitləmə səhvlərində dəyişikliklər qarşısını almaq mümkün deyil. Fokus dərinliyi böyük olduqda, orta dərəcədə fokus mövqeyinin meylləri nisbətən kiçik ləkə ölçüsü və enerji sıxlığı dəyişikliklərinə səbəb olur və erimiş havzanın sabit qalmasına imkan verir.

Əksinə, kiçik fokus dərinliyinə malik sistemlər fokus mövqeyinin dəyişməsinə yüksək həssaslıq göstərir. Hətta kiçik meyllər də enerji sıxlığında əhəmiyyətli dalğalanmalara səbəb ola bilər, nəticədə nüfuz dərinliyinin sabitsizliyi, qaynaq eninin qeyri-müntəzəmliyi və ya birləşməsizlik və ya yanma kimi qüsurlar yaranır.

3.2 Fokus Dərinliyinin Erimiş Havzanın Dinamik Sabitliyinə Təsiri

Odak dərinliyi daha böyük olan bir lazer şüası daha hamar oxial enerji paylanmasına malikdir. Nəticədə, ərimiş çanaq enerji pozuntularına daha yavaş reaksiya verir ki, bu da ərimiş çanaq dalğalanmalarının və sıçrayan hissəciklərinin yaranmasının qarşısını almağa kömək edir.

Odak dərinliyi kiçik olduqda, enerji dar bir sahəyə toplanır və ərimiş çanaq daxilində kəskin temperatur qradiyentləri meydana gətirir. Bu, metal buxarlaşmasını və geri çəkilmə təzyiqinin dalğalanmasını artırır və ərimiş çanağın qeyri-sabitliyi, weld bead-in fluktuasiyası və sıçrayan hissəciklərin yaranma ehtimalını artırır.

3.3 Odak Dərinliyi və Prosesin Etibarlılığı

Avtomatlaşdırılmış və ya yüksək sürətli lazer qaynağı tətbiqlərində xarici pozuntulara məhlulat olma xüsusiyyəti xüsusilə vacibdir. Daha böyük odak dərinliyi prosesin etibarlılığını artırır, qaynaq prosesini montaj toleranslarına, istilik deformatsiyasına və mexaniki vibrasiyaya daha az həssas edir və ümumi qaynaq sabitliyini artırır.

5. Odak Dərinliyinin Müxtəlif Qaynaq Rejimlərində Tətbiqi
6.1 Keçiricilik Qaynaq Rejimi

Aşağı gücün sıxlığı şəraitində keçiricilik rejimində qaynaq zamanı daha böyük fokus dərinliyi daha bərabər istilik verilməsinə və hamar qaynaq səthinin formalaşmasına kömək edir. Bu konfiqurasiya yaxşı sabitlik təmin edir və nazik lövhələrin qaynaqlanması və dəqiqlik tətbiqləri üçün uyğundur.

4.2 Açarlıq qaynaq rejimi

Açarlıq qaynağı yüksək güc sıxlığından istifadə edərək sabit buxar kapilyarı yaratmaq və saxlamaq üzərində əsaslanır. Bu rejimdə həddən artıq böyük fokus dərinliyi pik enerji sıxlığını azalda bilər və açarlıq formasının yaranmasını daha çətinləşdirə bilər, o biri tərəfdən həddən artıq kiçik fokus dərinliyi fokus mövqeyi xətalarına olan həssaslığı artırır. Buna görə də enerji sıxlığı ilə fokus toleransı arasında tarazlaşdırılmış dizayn tələb olunur.

5. Fokus Dərinliyinin Optimallaşdırılmasının Mühəndislik Əhəmiyyəti

Praktiki proses dizaynında fokus dərinliyini maksimuma çatdırmaq və ya minimuma endirmək şərtsiz olaraq tələb olunmur. Əvəzində, bu, materialın növü, qalınlıq aralığı, yığılma sürəti və sistem dəqiqliyinə əsasən optimallaşdırılmalıdır. Odak uzunluğunun düzgün seçilməsi, şüanın keyfiyyətinin nəzarət edilməsi və yığılma parametrlərinin uyğunlaşdırılması ilə kifayət qədər enerji sıxlığının saxlanması eyni zamanda yığılmanın sabitliyinin və ardıcıllığının artırılmasına imkan verir.

Fokus dərinliyi lazer optik xarakteristikalarını yığılma prosesinin sabitliyi ilə əlaqələndirən vacib parametrdir. Daha böyük fokus dərinliyi fokus mövqeyi meyləri və xarici pozuntulara qarşı məsamiliyi artırır və beləliklə yığılma sabitliyini yaxşılaşdırır. Əksinə, daha kiçik fokus dərinliyi daha yüksək enerji sıxlığına imkan verir, lakin sistemin dəqiq olması tələblərini daha da ciddiləşdirir. Fokus dərinliyi ilə enerjinin toplanması arasında düzgün balansın qurulması sabit və yüksək keyfiyyətli lazer yığılması üçün vacibdir.