Myndun og þróun lykilhola:
Skilgreining á lykilgati: Þegar geislunarstyrkur er meiri en 10 ^ 6W/cm ^ 2 bráðnar yfirborð efnisins og gufar upp undir áhrifum leysigeislans. Þegar uppgufunarhraðinn er nógu mikill er gufuþrýstingurinn sem myndast nægur til að yfirstíga yfirborðsspennu og vökvaþyngdarafl fljótandi málmsins og færir þannig hluta af fljótandi málminum úr stað, sem veldur því að bráðna pollurinn á örvunarsvæðinu sekkur og myndar litlar holur. Ljósgeislinn verkar beint á botn litlu holunnar og veldur því að málmurinn bráðnar og gasar enn frekar. Háþrýstiguf heldur áfram að þvinga fljótandi málminn á botni holunnar til að flæða að jaðri bráðna pollsins og dýpkar litla holuna enn frekar. Þetta ferli heldur áfram og myndar að lokum lykilgatlaga gat í fljótandi málminum. Þegar málmgufuþrýstingurinn sem myndast af leysigeislanum í litla holunni nær jafnvægi við yfirborðsspennu og þyngdarafl fljótandi málmsins, dýpkar litla holan ekki lengur og myndar dýptarstöðugt lítið gat, sem kallast „smáholuáhrif“.
Þegar leysigeislinn hreyfist miðað við vinnustykkið sýnir litla gatið örlítið afturábak sveigða framhlið og greinilega hallandi öfugum þríhyrningi að aftan. Fremri brún litla gatsins er virknisvæði leysigeislans, með háum hita og miklum gufuþrýstingi, en hitastigið meðfram afturbrúninni er tiltölulega lágt og gufuþrýstingurinn lítill. Við þennan þrýstings- og hitamismun flæðir bráðinn vökvi umhverfis litla gatið frá framenda að afturenda, myndar hvirfil við aftari enda litla gatsins og storknar að lokum við aftari brúnina. Virk ástand lykilgatsins, sem fæst með leysigeislahermun og raunverulegri suðu, er sýnt á myndinni hér að ofan. Lögun lítilla gata og flæði umlykjandi bráðins vökva á meðan á ferð stendur á mismunandi hraða.
Vegna lítilla gata smýgur leysigeislinn inn í efnið og myndar þennan djúpa og mjóa suðusaum. Dæmigerð þversniðsformgerð leysigeislans með djúpum suðusaum er sýnd á myndinni hér að ofan. Dýpt suðusaumsins er nálægt dýpt lykilgatsins (nákvæmlega sagt er málmlagið 60-100 µm dýpra en lykilgatið, einu vökvalagi minna). Því hærri sem orkuþéttleikinn frá leysigeislanum er, því dýpra er litla gatið og því meiri er dýpt suðusaumsins. Í öflugum leysigeislasuðu getur hámarkshlutfall dýptar og breiddar suðusaumsins náð 12:1.
Greining á frásogileysigeislaorkameð lykilgati
Áður en lítil göt og plasma myndast er orka leysigeislans aðallega flutt inn í vinnustykkið með varmaleiðni. Suðuferlið tilheyrir leiðandi suðu (með innskotsdýpt minni en 0,5 mm) og frásogshraði efnisins frá leysigeislanum er á bilinu 25-45%. Þegar lykilgatið er myndað er orka leysigeislans aðallega frásoguð af innra rými vinnustykkisins með lykilgatáhrifum og suðuferlið verður djúpsuðu (með innskotsdýpt meira en 0,5 mm). Frásogshraði getur náð yfir 60-90%.
Lykilgatáhrifin gegna afar mikilvægu hlutverki í að auka frásog leysigeisla við vinnslu eins og leysisuðu, skurð og borun. Leysigeislinn sem fer inn í lykilgatið gleypist næstum alveg í gegnum endurspeglun frá vegg holunnar.
Almennt er talið að orkugleypni leysis inni í lykilgatinu feli í sér tvö ferli: öfuga gleypni og Fresnel-gleypni.
Þrýstingsjafnvægi inni í lykilgatinu
Við djúpsuðu með leysigeisla gufar efnið upp verulega og þensluþrýstingurinn sem myndast við háhita gufu þrýstir fljótandi málminum út og myndar lítil göt. Auk gufuþrýstings og uppgufunarþrýstings (einnig þekktur sem uppgufunarviðbragðskraftur eða bakslagsþrýstingur) efnisins eru einnig yfirborðsspenna, stöðugur vökvaþrýstingur af völdum þyngdaraflsins og vökvaþrýstingur sem myndast við flæði bráðins efnis inni í litla gatinu. Meðal þessara þrýstinga er það aðeins gufuþrýstingurinn sem viðheldur opnun litla gatsins, en hinir þrír kraftarnir reyna að loka litla gatinu. Til að viðhalda stöðugleika lykilgatsins meðan á suðuferlinu stendur verður gufuþrýstingurinn að vera nægur til að yfirstíga aðra mótstöðu og ná jafnvægi, sem viðheldur langtímastöðugleika lykilgatsins. Til einföldunar er almennt talið að kraftarnir sem verka á lykilgatvegginn séu aðallega uppgufunarþrýstingur (bakslagsþrýstingur málmgufu) og yfirborðsspenna.
Óstöðugleiki lykilgatsins
Bakgrunnur: Leysigeisli verkar á yfirborð efna og veldur því að mikið magn af málmi gufar upp. Bakþrýstingurinn þrýstir niður á bráðna pollinn og myndar lykilgöt og plasma, sem leiðir til aukinnar bræðsludýptar. Við hreyfinguna lendir leysigeislinn á framvegg lykilgatsins og staðsetning leysigeislans við efnið veldur mikilli uppgufun efnisins. Á sama tíma mun lykilgatsinsveggur verða fyrir massatapi og uppgufunin mun mynda bakþrýsting sem þrýstir niður á fljótandi málminn, sem veldur því að innveggur lykilgatsins sveiflast niður á við og færist meðfram botni lykilgatsins að aftanverðu bráðna pollinum. Vegna sveiflna í fljótandi bráðna pollinum frá framveggnum að aftanverðu breytist rúmmálið inni í lykilgatinu stöðugt. Innri þrýstingur lykilgatsins breytist einnig í samræmi við það, sem leiðir til breytinga á rúmmáli plasmans sem úðast út. Breytingin á plasmarúmmáli leiðir til breytinga á skjöldun, ljósbroti og frásogi leysigeislansorku, sem leiðir til breytinga á orku leysigeislans sem nær yfirborði efnisins. Allt ferlið er kraftmikið og reglubundið, sem að lokum leiðir til sagatannalaga og bylgjulaga málmgengju, og það er engin slétt, jöfn suðgeng suðningur. Myndin hér að ofan sýnir þversnið af miðju suðunnar sem fæst með langsum skurði samsíða miðju suðunnar, sem og rauntíma mælingu á breytingum á dýpt lykilgatsins með því að...IPG-LDD sem sönnunargögn.
Bættu stöðugleika stefnu lykilgatsins
Við djúpsuðu með leysigeisla er aðeins hægt að tryggja stöðugleika litla gatsins með jafnvægi á milli mismunandi þrýstings inni í gatinu. Hins vegar eru frásog leysigeislaorku af gatveggnum og uppgufun efna, útblástur málmgufu út fyrir litla gatið og framhreyfing litla gatsins og bráðins polls allt mjög öflug og hröð ferli. Við ákveðnar aðstæður, á ákveðnum tímum í suðuferlinu, er möguleiki á að stöðugleiki litla gatsins raskist á ákveðnum svæðum, sem leiðir til suðugalla. Algengustu gallarnir eru gallar í gegndræpi af völdum smárra gata og skvetta af völdum hruns lykilgatsins;
Hvernig á þá að koma lykilgatinu í stöðugleika?
Sveiflur í lykilgatvökva eru tiltölulega flóknar og fela í sér of marga þætti (hitasvið, flæðisvið, kraftsvið, ljósfræðilega eðlisfræði), sem einfaldlega má flokka í tvo flokka: tengslin milli yfirborðsspennu og bakslagsþrýstings málmgufu; bakslagsþrýstingur málmgufu hefur bein áhrif á myndun lykilgata, sem er nátengdur dýpt og rúmmáli lykilgata. Á sama tíma, sem eina uppstreymandi efnið af málmgufu í suðuferlinu, er það einnig nátengd myndun sprungna; yfirborðsspenna hefur áhrif á flæði bráðins laugar;
Stöðug leysissuðuferli er því háð því að viðhalda dreifingarhalla yfirborðsspennunnar í bráðnu lauginni, án mikilla sveiflna. Yfirborðsspenna tengist hitadreifingu og hitadreifing tengist hitagjafa. Þess vegna eru samsettar hitagjafar og sveiflusuðu mögulegar tæknilegar leiðir til að tryggja stöðugt suðuferli;
Málmgufan og rúmmál lykilgatsins þarf að huga að plasmaáhrifum og stærð lykilgatsopnunarinnar. Því stærri sem opnunin er, því stærra er lykilgatið og sveiflur í neðri punkti bræðslunnar eru hverfandi, sem hafa tiltölulega lítil áhrif á heildarrúmmál lykilgatsins og breytingar á innri þrýstingi; því er hægt að stækka stillingar eins og stillanleg hringlaga leysigeisli (hringlaga blettur), endurröðun leysigeislaboga, tíðnimótun o.s.frv.
Birtingartími: 1. des. 2023
