Дар муқоиса бо технологияи анъанавии кафшер,кафшери лазерӣдорои бартариҳои беҳамто дар дақиқӣ, самаранокӣ, эътимоднокӣ, автоматикунонӣ ва дигар ҷанбаҳои кафшер мебошад. Дар солҳои охир, он дар соҳаҳои автомобилсозӣ, энергетика, электроника ва дигар соҳаҳо босуръат рушд кардааст ва яке аз технологияҳои умедбахштарини истеҳсолӣ дар асри 21 ҳисобида мешавад.
1. Шарҳи мухтасари нури дугонакафшери лазерӣ
Ду шуоъкафшери лазерӣистифодаи усулҳои оптикӣ барои ҷудо кардани ҳамон як лазер ба ду шуои алоҳидаи рӯшноӣ барои кафшер ё истифодаи ду намуди гуногуни лазерҳо барои якҷоя кардан, ба монанди лазери CO2, лазери Nd: YAG ва лазери нимноқилҳои баландқувват мебошад. Ҳамаи онҳоро якҷоя кардан мумкин аст. Он асосан барои ҳалли мутобиқшавии кафшери лазерӣ ба дақиқии васлкунӣ, беҳтар кардани устувории раванди кафшер ва беҳтар кардани сифати кафшер пешниҳод карда шуд. Ду шуоъкафшери лазерӣметавонад майдони ҳарорати кафшерро бо роҳи тағир додани таносуби энергияи шуоъ, фосилаи шуоъ ва ҳатто нақшаи тақсимоти энергияи ду шуоъи лазерӣ ба таври қулай ва чандир танзим кунад ва нақшаи мавҷудияти сӯрохи калидӣ ва нақшаи ҷараёни металли моеъро дар ҳавзи гудохта тағйир диҳад. Интихоби васеътари равандҳои кафшерро фароҳам меорад. Он на танҳо бартариҳои калон дорадкафшери лазерӣворидшавӣ, суръати баланд ва дақиқии баланд, аммо инчунин барои мавод ва буғумҳое мувофиқ аст, ки бо кафшери анъанавӣ душвор асткафшери лазерӣ.
Барои ду нуркафшери лазерӣ, мо аввал усулҳои татбиқи лазери душуъбаро баррасӣ мекунем. Адабиёти мукаммал нишон медиҳад, ки ду роҳи асосии ба даст овардани кафшери душуъба вуҷуд дорад: фокускунии интиқол ва фокускунии инъикос. Хусусан, яке бо танзими кунҷ ва фосилаи ду лазер тавассути оинаҳои фокусӣ ва оинаҳои коллиматсия ба даст оварда мешавад. Дигаре бо истифода аз манбаи лазер ва сипас фокускунӣ тавассути оинаҳои инъикосӣ, оинаҳои интиқолӣ ва оинаҳои шакли пачдор барои ба даст овардани нурҳои дугона ба даст оварда мешавад. Барои усули аввал асосан се шакл мавҷуд аст. Шакли аввал пайваст кардани ду лазер тавассути нахҳои оптикӣ ва тақсим кардани онҳо ба ду нури гуногун дар зери як оинаи коллиматсия ва оинаи фокусӣ мебошад. Дуюм ин аст, ки ду лазер нурҳои лазерро тавассути сари кафшери мувофиқи худ мебароранд ва нури дугона бо танзими мавқеи фазоии сари кафшер ташкил карда мешавад. Усули сеюм ин аст, ки нури лазер аввал тавассути ду оинаи 1 ва 2 тақсим карда мешавад ва сипас мутаносибан тавассути ду оинаи фокусӣ 3 ва 4 фокус карда мешавад. Мавқеъ ва масофаи байни ду нуқтаи фокусиро бо танзими кунҷҳои ду оинаи фокусии 3 ва 4 танзим кардан мумкин аст. Усули дуюм истифодаи лазери сахти ҳолати барои тақсим кардани рӯшноӣ барои ноил шудан ба ду нур ва танзими кунҷ ва фосила тавассути оинаи перспективӣ ва оинаи фокусӣ мебошад. Ду расми охирин дар сатри аввали зер системаи спектроскопии лазери CO2-ро нишон медиҳанд. Оинаи ҳамвор бо оинаи шакли пачдор иваз карда мешавад ва дар пеши оинаи фокусӣ ҷойгир карда мешавад, то рӯшноиро барои ноил шудан ба рӯшноии параллелии ду нур тақсим кунад.
Пас аз фаҳмидани татбиқи чӯбҳои дугона, биёед принсипҳо ва усулҳои кафшерро мухтасар муаррифӣ кунем. Дар чӯбҳои дугонакафшери лазерӣДар раванд, се тартиби маъмулии чӯб мавҷуд аст, яъне тартиби силсилавӣ, тартиби мувозӣ ва тартиби гибридӣ. матоъ, яъне ҳам дар самти кафшер ва ҳам дар самти амудии кафшер фосила вуҷуд дорад. Тавре ки дар сатри охирини расм нишон дода шудааст, мувофиқи шаклҳои гуногуни сӯрохиҳои хурд ва ҳавзҳои гудохта, ки дар зери фосилаҳои гуногуни нуқтаӣ ҳангоми раванди кафшери силсилавӣ пайдо мешаванд, онҳоро минбаъд ба гудохтаҳои якка тақсим кардан мумкин аст. Се ҳолат вуҷуд дорад: ҳавз, ҳавзи гудохтаи умумӣ ва ҳавзи гудохтаи ҷудогона. Хусусиятҳои ҳавзи гудохтаи якка ва ҳавзи гудохтаи ҷудогона ба хусусиятҳои якка монанданд.кафшери лазерӣ, чунон ки дар диаграммаи рақамии моделиронӣ нишон дода шудааст. Барои намудҳои гуногун таъсири гуногуни равандҳо мавҷуданд.
Навъи 1: Дар фосилаи муайяни нуқта, ду сӯрохи калиди чӯбӣ дар як ҳавзи гудохта як сӯрохи калиди калони умумиро ташкил медиҳанд; барои навъи 1, гузориш дода мешавад, ки як шуоъи нур барои сохтани сӯрохи хурд ва шуоъи дигари нур барои коркарди гармии кафшер истифода мешавад, ки метавонад хосиятҳои сохтории пӯлоди карбондори баланд ва пӯлоди хӯладорро самаранок беҳтар созад.
Навъи 2: Фосилаи нуқтаҳоро дар як ҳавзи гудохта зиёд кунед, ду чӯбро ба ду сӯрохи калиди мустақил ҷудо кунед ва тарзи ҷараёни ҳавзи гудохтаро тағир диҳед; барои намуди 2, вазифаи он ба кафшери ду чӯби электронӣ баробар аст, пошидани кафшер ва кафшерҳои номунтазамро дар масофаи фокусии мувофиқ кам мекунад.
Навъи 3: Фосилаи нуқтаҳоро боз ҳам зиёд кунед ва таносуби энергияи ду чӯбро тағйир диҳед, то яке аз ду чӯб ҳамчун манбаи гармӣ барои анҷом додани коркарди пеш аз кафшер ё пас аз кафшер ҳангоми раванди кафшер истифода шавад ва чӯби дигар барои тавлиди сӯрохиҳои хурд истифода шавад. Дар намуди 3, таҳқиқот нишон дод, ки ду чӯб сӯрохи калидӣ ташкил медиҳанд, сӯрохи хурдро фурӯ бурдан осон нест ва кафшер кардан сӯрохиҳоро ба осонӣ ба вуҷуд намеорад.
2. Таъсири раванди кафшер ба сифати кафшер
Таъсири таносуби силсилавии энергияи шуоъ ба ташаккули дарзи кафшерӣ
Вақте ки қувваи лазер 2 кВт аст, суръати кафшер 45 мм/с, миқдори дефокус 0 мм ва фосилаи байни нур 3 мм аст, шакли сатҳи кафшер ҳангоми тағир додани RS (RS = 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) тавре ки дар расм нишон дода шудааст, аст. Вақте ки RS = 0.50 ва 2.00 аст, кафшер то андозае данд мешавад ва дар канори кафшер пошидани бештар вуҷуд дорад, бе он ки нақшҳои муқаррарии пулакчаи моҳӣ ба вуҷуд оянд. Ин аз он сабаб аст, ки вақте ки таносуби энергияи нур хеле хурд ё хеле калон аст, энергияи лазер аз ҳад зиёд мутамарказ аст, ки боиси ларзиши шадидтари сӯрохи лазер ҳангоми раванди кафшер мегардад ва фишори бозгашти буғ боиси ихроҷ ва пошидани металли ҳавзи гудохта дар ҳавзи гудохта мегардад; Вуруди аз ҳад зиёди гармӣ боиси он мегардад, ки чуқурии воридшавии ҳавзи гудохта дар тарафи хӯлаи алюминий хеле калон бошад, ки дар зери таъсири ҷозиба боиси паст шудани чуқурӣ мегардад. Вақте ки RS=0.67 ва 1.50 аст, намунаи пулакчаи моҳӣ дар сатҳи кафшер яксон аст, шакли кафшер зеботар аст ва дар сатҳи кафшер ягон тарқишҳои гарми кафшерӣ, сӯрохиҳо ва дигар нуқсонҳои кафшерӣ ба назар намерасанд. Шаклҳои буриши кафшерҳо бо таносуби гуногуни энергияи шуоъ RS тавре ки дар расм нишон дода шудааст, мебошанд. Буриши кафшерҳо дар шакли маъмулии "қадаҳи шароб" қарор дорад, ки нишон медиҳад, ки раванди кафшер дар ҳолати кафшери амиқи лазерӣ анҷом дода мешавад. RS ба умқи воридшавии P2 кафшер дар тарафи хӯлаи алюминий таъсири муҳим мерасонад. Вақте ки таносуби энергияи шуоъ RS=0.5 аст, P2 1203.2 микрон аст. Вақте ки таносуби энергияи шуоъ RS=0.67 ва 1.5 аст, P2 ба таври назаррас коҳиш меёбад, ки мутаносибан 403.3 микрон ва 93.6 микронро ташкил медиҳанд. Вақте ки таносуби энергияи шуоъ RS=2 аст, умқи воридшавии кафшер дар буриши буриши пайванд 1151.6 микрон аст.
Таъсири таносуби энергияи параллелии шуоъ ба ташаккули дарзи кафшерӣ
Вақте ки қувваи лазер 2.8 кВт, суръати кафшер 33 мм/с, миқдори дефокус 0 мм ва фосилаи байни нур 1 мм аст, сатҳи кафшер бо тағир додани таносуби энергияи нур ба даст оварда мешавад (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5, 2, 4). Намуди зоҳирӣ дар расм нишон дода шудааст. Вақте ки RS=2 аст, намунаи пулакчаи моҳӣ дар сатҳи кафшер нисбатан номунтазам аст. Сатҳи кафшер, ки бо панҷ таносуби гуногуни энергияи нур ба даст оварда шудааст, хуб ташаккул ёфтааст ва ягон камбудии намоён ба монанди сӯрохиҳо ва пошидани нур вуҷуд надорад. Аз ин рӯ, дар муқоиса бо ду нури силсилавӣ.кафшери лазерӣ, сатҳи кафшер бо истифода аз дугонаи параллелӣ якхелатар ва зеботар аст. Вақте ки RS=0.25 аст, дар кафшер каме пастӣ ба амал меояд; бо афзоиши тадриҷии таносуби энергияи шуоъ (RS=0.5, 0.67 ва 1.5), сатҳи кафшер якхела аст ва пастӣ ба вуҷуд намеояд; аммо, вақте ки таносуби энергияи шуоъ боз ҳам афзоиш меёбад (RS=1.50, 2.00), аммо дар сатҳи кафшер пастӣ ба амал меояд. Вақте ки таносуби энергияи шуоъ RS=0.25, 1.5 ва 2 аст, шакли буриши кафшер "шакли шишаи шароб" аст; вақте ки RS=0.50, 0.67 ва 1 аст, шакли буриши кафшер "шакли воронка" аст. Вақте ки RS=4 аст, на танҳо дар поёни кафшер тарқишҳо ба вуҷуд меоянд, балки дар қисмати миёна ва поёнии кафшер низ баъзе сӯрохиҳо ба вуҷуд меоянд. Вақте ки RS=2 аст, дар дохили кафшер сӯрохиҳои калони коркард пайдо мешаванд, аммо тарқишҳо пайдо намешаванд. Вақте ки RS=0.5, 0.67 ва 1.5 аст, чуқурии воридшавии P2 дар тарафи хӯлаи алюминий хурдтар аст ва буриши арзии дарз хуб ташаккул ёфтааст ва ягон нуқсони возеҳи кафшер ба вуҷуд намеояд. Инҳо нишон медиҳанд, ки таносуби энергияи шуоъ ҳангоми кафшери дугонаи лазерӣ ба воридшавии кафшер ва нуқсонҳои кафшер низ таъсири муҳим мерасонад.
Шуои параллелӣ – таъсири фосилаи шуоъ ба ташаккули дарзи кафшерӣ
Вақте ки қувваи лазер 2.8 кВт, суръати кафшер 33 мм/с, миқдори дефокус 0 мм ва таносуби энергияи шуоъ RS=0.67 аст, фосилаи шуоъро (d=0.5 мм, 1 мм, 1.5 мм, 2 мм) тағир диҳед, то морфологияи сатҳи кафшерро, ки дар расм нишон дода шудааст, ба даст оред. Вақте ки d=0.5 мм, 1 мм, 1.5 мм, 2 мм аст, сатҳи кафшер ҳамвор ва ҳамвор аст ва шакл зебо аст; намунаи пулакчаи кафшер мунтазам ва зебо аст ва сӯрохиҳо, тарқишҳо ва дигар нуқсонҳои намоён вуҷуд надоранд. Аз ин рӯ, дар шароити фосилаи чор шуоъ, сатҳи кафшер хуб ташаккул меёбад. Илова бар ин, вақте ки d=2 мм аст, ду кафшери гуногун ба вуҷуд меоянд, ки нишон медиҳад, ки ду шуои мувозии лазер дигар ба ҳавзи гудохта таъсир намерасонанд ва наметавонанд кафшери гибридии лазерии душуоъро ташкил диҳанд. Вақте ки фосилаи байни чӯбҳо 0,5 мм аст, пайванди кафшерӣ "шакли воронка" аст, чуқурии воридшавии P2 пайванди кафшерӣ дар тарафи хӯлаи алюминий 712,9 микрон аст ва дар дохили пайванди кафшерӣ тарқишҳо, сӯрохиҳо ва дигар нуқсонҳо вуҷуд надоранд. Бо афзоиши минбаъдаи фосилаи байни чӯбҳо, чуқурии воридшавии P2 пайванди кафшерӣ дар тарафи хӯлаи алюминий ба таври назаррас коҳиш меёбад. Вақте ки фосилаи байни чӯбҳо 1 мм аст, чуқурии воридшавии кафшерӣ дар тарафи хӯлаи алюминий танҳо 94,2 микрон аст. Бо афзоиши минбаъдаи фосилаи байни чӯбҳо, пайванди кафшерӣ дар тарафи хӯлаи алюминий воридшавии муассирро ба вуҷуд намеорад. Аз ин рӯ, вақте ки фосилаи байни чӯбҳо 0,5 мм аст, таъсири рекомбинатсияи дугона беҳтарин аст. Бо афзоиши фосилаи байни чӯбҳо, вуруди гармии кафшерӣ якбора кам мешавад ва таъсири рекомбинатсияи дугона бо лазер тадриҷан бадтар мешавад.
Тафовут дар морфологияи кафшер аз сабаби ҷараёни гуногуни сахтшавии ҳавзи гудохта ва хунуккунӣ ҳангоми раванди кафшер ба вуҷуд меояд. Усули моделсозии рақамӣ на танҳо метавонад таҳлили фишори ҳавзи гудохтаро осонтар кунад, балки хароҷоти таҷрибавиро низ кам кунад. Дар расми зер тағйирот дар ҳавзи гудохтаи паҳлӯӣ бо як шуоъ, тартиби гуногун ва фосилаи нуқтаҳо нишон дода шудааст. Хулосаҳои асосӣ инҳоянд: (1) Ҳангоми як шуоъкафшери лазерӣДар раванд, чуқурии сӯрохи ҳавзи гудохта амиқтарин аст, падидаи фурӯпошии сӯрох ба назар мерасад, девори сӯрох номунтазам аст ва тақсимоти майдони ҷараён дар наздикии девори сӯрох нобаробар аст; дар наздикии сатҳи қафои ҳавзи гудохта ҷараёни дубора қавӣ аст ва дар поёни ҳавзи гудохта ҷараёни дубора ба боло вуҷуд дорад; тақсимоти майдони ҷараён дар ҳавзи рӯизаминии гудохта нисбатан яксон ва суст аст ва паҳнои ҳавзи гудохта дар самти умқ нобаробар аст. Дар ҳавзи гудохта байни сӯрохиҳои хурд дар ду нур, фишори бозгашти девор ба вуҷуд меояд.кафшери лазерӣ, ва он ҳамеша дар самти умқи сӯрохиҳои хурд вуҷуд дорад. Ҳангоми афзоиши масофа байни ду шуоъ, зичии энергияи шуоъ тадриҷан аз як қулла ба ҳолати ду қулла мегузарад. Байни ду қулла арзиши ҳадди ақал вуҷуд дорад ва зичии энергия тадриҷан кам мешавад. (2) Барои ду шуоъкафшери лазерӣ, вақте ки фосилаи нуқта 0-0.5 мм аст, чуқурии сӯрохиҳои хурди ҳавзи гудохта каме кам мешавад ва рафтори умумии ҷараёни ҳавзи гудохта ба рафтори яклухт монанд асткафшери лазерӣ; вақте ки фосилаи нуқта аз 1 мм зиёд аст, сӯрохиҳои хурд пурра ҷудо мешаванд ва дар раванди кафшеркунӣ байни ду лазер қариб ҳеҷ гуна таъсири мутақобила вуҷуд надорад, ки ба ду кафшери пайдарпай/ду мувозии лазерии якшуоъ бо иқтидори 1750 Вт баробар аст. Таъсири пешакӣ гармкунӣ қариб вуҷуд надорад ва рафтори ҷараёни ҳавзи гудохта ба рафтори кафшери лазерии якшуоъ монанд аст. (3) Вақте ки фосилаи нуқта 0,5-1 мм аст, сатҳи девори сӯрохиҳои хурд дар ду тартиб ҳамвортар аст, чуқурии сӯрохиҳои хурд тадриҷан кам мешавад ва поён тадриҷан ҷудо мешавад. Халалдоршавӣ байни сӯрохиҳои хурд ва ҷараёни ҳавзи гудохтаи рӯизаминӣ дар 0,8 мм аст. Қавитарин. Барои кафшери силсилавӣ, дарозии ҳавзи гудохта тадриҷан меафзояд, паҳноӣ вақте ки фосилаи нуқта 0,8 мм аст, бузургтарин аст ва таъсири пешакӣ гармкунӣ вақте ки фосилаи нуқта 0,8 мм аст, бештар аён аст. Таъсири қувваи Марангонӣ тадриҷан суст мешавад ва моеъи бештари металлӣ ба ҳарду тарафи ҳавзи гудохта ҷорӣ мешавад. Тақсимоти паҳнои гудохтаро яксонтар кунед. Барои кафшери мувозӣ, паҳнои ҳавзи гудохта тадриҷан меафзояд ва дарозӣ ҳадди аксар дар 0.8 мм аст, аммо таъсири пешакӣ гармкунӣ вуҷуд надорад; ҷараёни дубора дар наздикии сатҳ, ки аз ҷониби қувваи Марангони ба вуҷуд омадааст, ҳамеша вуҷуд дорад ва ҷараёни дубора ба поён дар поёни сӯрохи хурд тадриҷан нопадид мешавад; майдони ҷараёни буриши уфуқӣ он қадар хуб нест, ки он дар силсила қавӣ аст, халалдоршавӣ ба ҷараёни ҳарду тарафи ҳавзи гудохта таъсир намерасонад ва паҳнои гудохта нобаробар тақсим шудааст.
Вақти нашр: 12 октябри соли 2023
