Müasir istehsalda,lazer qaynaq texnologiyasıYüksək səmərəlilik, dəqiqlik və uyğunlaşma üstünlükləri ilə aerokosmikdən avtomobil istehsalına, elektron avadanlıqlardan tibbi cihazlara qədər müxtəlif sahələrdə geniş istifadə olunur. Bu texnologiyanın əsasını lazerin materialla qarşılıqlı təsiri təşkil edir, ərimiş bir hovuz əmələ gətirir və sürətlə bərkiyir, beləliklə metal hissələrin birləşdirilməsinə imkan verir. Qaynaq hovuzu lazer qaynaqında əsas sahədir və onun xüsusiyyətləri qaynaq keyfiyyətini, mikrostrukturunu və son performansını birbaşa müəyyən edir. Buna görə də, ərimiş hovuz xüsusiyyətlərinin dərindən anlaşılması və dəqiq idarə olunması lazer qaynaq texnologiyasının səviyyəsini artırmaq və sənaye istehsalında yüksək keyfiyyətli qaynaq birləşmələrinin ehtiyaclarını ödəmək üçün həyati əhəmiyyət kəsb edir.
Əridilmiş hovuz həndəsəsi
Qaynaq hovuzunun həndəsəsi lazer qaynaq tədqiqatlarında vacib bir aspektdir, çünki qaynaq prosesi zamanı istilik ötürülməsinə, material axınına və son qaynaq keyfiyyətinə birbaşa təsir göstərir. Əridilmiş hovuzun forması adətən dərinliyi, eni, aspekt nisbəti, istilik təsir zonası (HAZ) həndəsəsi, açar dəliyinin həndəsəsi və əridilmiş metal zonası (MMA) həndəsəsi ilə təsvir olunur. Bu parametrlər yalnız qaynaqlanmış birləşmənin ölçüsünü və formasını müəyyən etmir, həm də qaynaq prosesi zamanı istilik dövrünə, soyutma sürətinə və mikrostrukturun əmələ gəlməsinə təsir göstərir.
Cədvəl 1. Lazer qaynaq parametrlərinin hər bir qaynaq hovuzunun həndəsi parametrlərinə təsiri.
Tədqiqat göstərir ki, Cədvəl 1-də göstərildiyi kimi, lazer gücü və qaynaq sürəti qaynaq hovuzunun həndəsəsinə təsir edən iki əsas proses parametridir. Ümumiyyətlə, lazer gücü artdıqca və qaynaq sürəti azaldıqca qaynaq hovuzunun dərinliyi artır, eni isə nisbətən az dəyişir. Bunun səbəbi, daha yüksək lazer gücü daha çox enerji təmin edə bilməsi və materialın daha sürətli əriməsinə və buxarlanmasına imkan verməsi və Şəkil 1-də göstərildiyi kimi daha dərin açar dəlikləri və hovuzlar əmələ gəlməsidir. Lakin, lazer gücü çox yüksək və ya qaynaq sürəti çox aşağı olduqda, bu, materialın həddindən artıq istiləşməsinə, həddindən artıq buxarlanmaya və hətta plazma qoruyucu təsirinə səbəb ola bilər ki, bu da qaynaq keyfiyyətini aşağı salacaq. Buna görə də, faktiki qaynaq prosesində ideal qaynaq hovuzu həndəsəsini əldə etmək üçün lazer gücünü və qaynaq sürətini spesifik material xüsusiyyətlərinə və qaynaq tələblərinə uyğun olaraq ağlabatan şəkildə seçmək lazımdır.
Şəkil 1. Lazer istilik keçiriciliyi qaynağı və lazer dərin nüfuzetmə qaynağı ilə əmələ gələn müxtəlif qaynaq formaları.
Lazer gücü və qaynaq sürətinə əlavə olaraq, materialın istilik fiziki xüsusiyyətləri, səth vəziyyəti, qoruyucu qaz və digər amillər də qaynaq hovuzunun həndəsəsinə təsir göstərəcəkdir. Məsələn, materialın istilik keçiriciliyi nə qədər yüksək olarsa, materialdan istilik ötürülməsi bir o qədər sürətli olar və əridilmiş hovuzun soyutma sürəti bir o qədər yüksək olar ki, bu da əridilmiş hovuzun nisbətən kiçik ölçüsünə səbəb ola bilər. Materialın səthinin pürüzlülüyü və təmizliyi lazerin udma sürətinə təsir edəcək və sonra əridilmiş hovuzun əmələ gəlməsinə və sabitliyinə təsir göstərəcək. Bundan əlavə, qoruyucu qazın növü və axın sürəti də əridilmiş hovuzun formasına və keyfiyyətinə müəyyən təsir göstərəcək, müvafiq qoruyucu qaz əridilmiş hovuzun oksidləşmə və çirklənmədən effektiv şəkildə qarşısını ala bilər, eyni zamanda qaynaq keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün əridilmiş hovuzun səth gərginliyini və axın xüsusiyyətlərini tənzimləyə bilər.
Şəkil 2. Lazer yellənərkən əridilmiş hovuzun forması.
Lazer şüasının trayektoriyasını dəyişdirməklə, lazer yellənməsi, Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, əridilmiş hovuzun formasına və xüsusiyyətlərinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər. Lazer şüası yelləndikcə, əridilmiş hovuzun forması daha vahid və sabit olur. Salınıb gedən lazer şüası hovuzun səthində daha geniş qızdırılan sahə yaradır, hovuzun kənarlarını daha hamar edir və iti kənarları və nizamsız formaları azaldır. Bu vahid isitmə qaynaqlanmış birləşmənin keyfiyyətini və mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmağa və çatlar və məsamələr kimi qaynaq qüsurlarını azaltmağa kömək edir. Bundan əlavə, lazer yellənməsi əridilmiş hovuzun axıcılığını da artıra, əridilmiş hovuzda qazların və çirklərin axıdılmasını təşviq edə və qaynaqlanmış birləşmənin sıxlığını və vahidliyini daha da yaxşılaşdıra bilər.
Əridilmiş hovuz dinamikası
Əridilmiş hovuz termodinamikası lazer qaynaq tədqiqatlarında digər əsas sahədir və əridilmiş hovuzda lazer enerjisinin udulmasını, ötürülməsini və çevrilməsini, eləcə də temperatur sahəsinin paylanmasını, soyutma sürətini və onun yaratdığı faza keçid davranışını əhatə edir. Qaynaq hovuzunun termodinamik xüsusiyyətləri yalnız qaynaq hovuzunun formasını və ölçüsünü müəyyən etmir, həm də qaynaqlanmış birləşmənin mikrostrukturuna və mexaniki xüsusiyyətlərinə birbaşa təsir göstərir.
Lazer qaynağı prosesində, lazer enerjisi material tərəfindən udulduqdan sonra, ərimə hovuzunda yüksək temperatur sahəsi əmələ gətirəcək və materialın əriməsinə və buxarlanmasına səbəb olacaq. Eyni zamanda, istilik istilik keçiriciliyi, konveksiya və radiasiya yolu ilə yüksək temperatur bölgəsindən aşağı temperatur bölgəsinə ötürüləcək ki, bu da ərimiş hovuz ətrafındakı materialın temperaturu artacaq və sonra materialın mikrostrukturuna və xüsusiyyətlərinə təsir göstərəcək. Əridilmiş hovuzun kiçik ölçüsü, böyük temperatur qradiyenti və sürətli soyutma sürəti səbəbindən temperatur sahəsini və soyutma sürətini birbaşa ölçmək çox çətindir. Buna görə də, əksər tədqiqatlar riyazi modellər və ədədi simulyasiya metodları yaratmaqla ərimiş hovuzların termodinamik xüsusiyyətlərini öyrənmək üçün aparılır.
Əridilmiş hovuzun termodinamik modelində adətən aşağıdakı əsas amillər nəzərə alınmalıdır: Birincisi, materialın səthinin əks olunması, udulması və ötürmə xüsusiyyətləri və lazerin materialın içərisində səpələnməsi və udulması prosesi daxil olmaqla lazer enerjisinin udma mexanizmi. Müxtəlif materiallar və lazer parametrləri fərqli udma dərəcələrinə və enerji paylanmalarına səbəb olacaq ki, bu da əridilmiş hovuzun termodinamik davranışına təsir edəcək. İkincisi, materialın istilik fiziki xüsusiyyətləri, məsələn, xüsusi istilik tutumu, istilik keçiriciliyi, sıxlıq və s., bu parametrlər temperaturun dəyişməsi ilə dəyişəcək ki, bu da istilik ötürmə prosesinə mühüm təsir göstərir. Bundan əlavə, əridilmiş hovuzda ərimə, buxarlanma və bərkimə kimi maye axını və faza dəyişmə proseslərini də nəzərə almaq lazımdır ki, bu da əridilmiş hovuzun formasını və temperatur sahəsinin paylanmasını dəyişdirəcək, eyni zamanda materialın mikrostrukturuna və mexaniki xüsusiyyətlərinə təsir edəcək.
Ədədi simulyasiya və eksperimental tədqiqatlar vasitəsilə tədqiqatçılar əridilmiş hovuzda temperatur sahəsinin paylanmasının adətən əhəmiyyətli dərəcədə qeyri-bərabər olduğunu, yüksək temperatur sahəsinin əsasən lazer təsir sahəsində və açar dəliyində cəmləşdiyini və temperaturun əridilmiş hovuzun kənarına və istiliyə məruz qalan zonaya tədricən azaldığını aşkar etdilər. Soyutma sürəti əridilmiş hovuzun ölçüsünün azalması və lazer sahəsindən məsafənin artması ilə artır. Ümumiyyətlə, Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, əridilmiş hovuzun mərkəzində və açar dəliyi sahəsində soyutma sürəti daha aşağı, əridilmiş hovuzun kənarında və istiliyə məruz qalan zonada isə soyutma sürəti daha yüksəkdir. Bu qeyri-bərabər temperatur sahəsi və soyutma sürətinin paylanması qaynaqlanmış birləşmənin mikrostrukturunda, məsələn, dənə ölçüsü, faza tərkibi və paylanmasında aşkar qradiyent dəyişikliklərinə səbəb olacaq ki, bu da qaynaqlanmış birləşmənin mexaniki xüsusiyyətlərinə və korroziyaya davamlılığına təsir edəcək.
Şəkil 3. Paslanmayan polad lövhənin lazerlə dərin nüfuzetmə qaynağı zamanı açar dəliyinin və ərimiş hovuzun əmələ gəlməsinin simulyasiya nəticələri.
Əridilmiş hovuzun termodinamik xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq, qaynaq keyfiyyətini artırmaq və qaynaq qüsurlarını azaltmaq üçün bir sıra optimallaşdırma metodları və tədbirləri təklif edilmişdir. Məsələn, lazer gücü, qaynaq sürəti, nöqtə diametri və s. kimi lazer parametrlərini tənzimləməklə, əridilmiş hovuzun temperatur sahəsini və soyutma sürətini optimallaşdırmaq üçün lazer enerjisinin giriş rejimi və paylanması dəyişdirilə bilər. Bundan əlavə, əridilmiş hovuzun termodinamik davranışı və mikrostruktur təkamülü əvvəlcədən qızdırma, sonradan qızdırma, çoxkeçidli qaynaq və digər proses metodlarından istifadə etməklə, eləcə də müxtəlif qoruyucu qazlar və qaynaq atmosferlərindən istifadə etməklə tənzimlənə bilər. Eyni zamanda, materialların istilik sabitliyini və qaynaq performansını yaxşılaşdırmaq üçün yeni qaynaq materialları və ərinti sistemlərinin hazırlanması da əridilmiş hovuzların termodinamik xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmağın vacib yollarından biridir.
Lazer qaynaq hovuzunun xüsusiyyətləri qaynaq keyfiyyətinə, mikrostrukturuna və mexaniki xüsusiyyətlərinə təsir edən əsas amillərdir. Lazer qaynaq hovuzunun həndəsə və termodinamik xüsusiyyətlərinin dərindən öyrənilməsi lazer qaynaq prosesini optimallaşdırmaq və qaynaq səmərəliliyini və keyfiyyətini artırmaq üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. Çox sayda eksperimental tədqiqat və ədədi simulyasiya təhlili vasitəsilə tədqiqatçılar lazer qaynaq texnologiyasının inkişafı və tətbiqi üçün güclü nəzəri dəstək və texniki rəhbərlik təmin edən bir sıra vacib tədqiqat nəticələrinə nail olublar. Bununla belə, mövcud tədqiqatlarda hələ də modelin sadələşdirilməsi və çoxlu fərziyyələr kimi bəzi çatışmazlıqlar mövcuddur və mürəkkəb iş şəraitində ərimə hovuzunun xüsusiyyətlərinin proqnozlaşdırılması kifayət qədər dəqiq deyil. Sistematik və hərtərəfli eksperimental tədqiqatların təkmilləşdirilməsinə ehtiyac var və daha çox material və qaynaq parametrləri üzrə dərin tədqiqatlar aparılmır.
Yayımlanma vaxtı: 28 Fevral 2025
