Технологияи кафшери лазерӣ, бо сабаби зичии баланди энергия, вуруди ками гармӣ ва хусусиятҳои ғайритамосӣ, яке аз равандҳои асосии истеҳсолоти дақиқи муосир шудааст. Аммо, мушкилоте ба монанди оксидшавӣ, сӯрохнокӣ ва сӯхтани элементҳо, ки дар натиҷаи тамос бо ҳавзи гудохта бо атмосфера ҳангоми кафшер ба вуҷуд меоянд, хосиятҳои механикӣ ва мӯҳлати хидматрасонии дарзи кафшерро маҳдуд мекунанд. Ҳамчун муҳити асосӣ барои назорати муҳити кафшер, интихоби намуд, суръати ҷараён ва режими дамидани гази муҳофизатӣ бояд бо хусусиятҳои мавод (ба монанди фаъолияти кимиёвӣ, гузаронандагии гармӣ) ва ғафсии табақ якҷоя карда шавад.
Намудҳои газҳои муҳофизатӣ
Вазифаи асосии газҳои муҳофизатӣ ҷудо кардани оксиген, танзими рафтори ҳавзи гудохта ва беҳтар кардани самаранокии пайвастшавии энергия мебошад. Аз рӯи хосиятҳои химиявии худ, газҳои муҳофизатиро метавон ба газҳои инертӣ (аргон, гелий) ва газҳои фаъол (нитроген, гази карбон) тақсим кард. Газҳои инертӣ устувории баланди химиявӣ доранд ва метавонанд аз оксидшавии ҳавзи гудохта самаранок пешгирӣ кунанд, аммо фарқиятҳои назарраси онҳо дар хосиятҳои физикии гармӣ ба таъсири кафшер таъсири назаррас мерасонанд. Масалан, аргон (Ar) зичии баланд (1.784 кг/м³) дорад ва метавонад рӯйпӯши устуворро ташкил диҳад, аммо гузаронандагии пасти гармии он (0.0177 Вт/м·К) боиси хунукшавии сусти ҳавзи гудохта ва воридшавии наонқадар чуқури кафшер мегардад. Баръакс, гелий (He) нисбат ба аргон гузаронандагии гармии ҳашт маротиба баландтар (0.1513 Вт/м·К) дорад ва метавонад хунукшавии ҳавзи гудохтаро суръат бахшад ва воридшавии кафшерро афзоиш диҳад, аммо зичии пасти он (0.1785 кг/м³) онро ба фирор моил мекунад, ки барои нигоҳ доштани таъсири муҳофизатӣ суръати ҷараёни баландтарро талаб мекунад. Газҳои фаъол, ба монанди нитроген (N₂), метавонанд дар баъзе ҳолатҳо тавассути мустаҳкам кардани маҳлули сахт, мустаҳкамии кафшерро афзоиш диҳанд, аммо истифодаи аз ҳад зиёд метавонад боиси сӯрохшавӣ ё боришоти фазаҳои шикананда гардад. Масалан, ҳангоми кафшери пӯлоди зангногири дуплекс, паҳншавии нитроген ба ҳавзи гудохта метавонад тавозуни фазаҳои феррит/аустенитро вайрон кунад, ки боиси коҳиши муқовимати зангзанӣ мегардад.
Расми 1. Кафшери лазерӣ аз пӯлоди зангногири 304L (боло): Муҳофизи гази Ar; (поён): Муҳофизи гази N2
Аз нигоҳи механизми раванд, энергияи баланди ионизатсияи гелий (24,6 эВ) метавонад таъсири муҳофизати плазмаро пахш кунад ва азхудкунии энергияи лазерро афзоиш диҳад ва бо ин васила чуқурии воридшавиро зиёд кунад. Дар айни замон, энергияи пасти ионизатсияи аргон (15,8 эВ) ба пайдоиши абрҳои плазма майл дорад, ки барои кам кардани халал дефокусизатсия ё модулятсияи импулсӣ талаб мекунад. Илова бар ин, аксуламали кимиёвӣ байни газҳои фаъол ва ҳавзи гудохта (масалан, реаксияи нитроген бо Cr дар пӯлод) метавонад таркиби кафшерро тағйир диҳад ва интихоби бодиққат дар асоси хосиятҳои мавод зарур аст.
Намунаҳои татбиқи мавод:
• Пӯлод: Дар кафшери табақчаи тунук (<3 мм), аргон метавонад сифати рӯйпӯшро таъмин кунад, ки ғафсии қабати оксидӣ барои дарзи кафшери пӯлоди камкарбони 1,5 мм танҳо 0,5 мкм аст; барои табақчаҳои ғафс (>10 мм), миқдори ками гелий (He) барои зиёд кардани умқи воридшавӣ илова карда мешавад.
• Пӯлоди зангногир: Муҳофизат аз аргон метавонад аз талафи унсурҳои Cr пешгирӣ кунад, ки миқдори Cr дар дарзи кафшери пӯлоди зангногири 304 бо ғафсии 3 мм ба 18,5% металли асосӣ наздик аст; барои пӯлоди зангногири дуплексӣ, барои мувозинат кардани таносуб омехтаи Ar-N₂ (N₂ ≤ 5%) лозим аст. Таҳқиқот нишон доданд, ки ҳангоми истифодаи омехтаи Ar-2% N₂ барои пӯлоди зангногири дуплексии 2205 бо ғафсии 8 мм, таносуби феррит/аустенит дар 48:52 устувор буда, қувваи кашиш 780 МПа аст, ки аз муҳофизати аргони холис (720 МПа) бартарӣ дорад.
• Хӯлаи алюминий: Пластинаи тунук (<3 мм): Инъикоси баланди хӯлаҳои алюминий боиси паст шудани суръати ҷабби энергия мегардад ва гелий бо энергияи баланди ионизатсия (24,6 эВ) метавонад плазмаро устувор кунад. Тадқиқотҳо нишон медиҳанд, ки вақте ки хӯлаи алюминийи 6061 ғафсии 2 мм бо гелий муҳофизат карда мешавад, чуқурии воридшавӣ ба 1,8 мм мерасад, ки нисбат ба аргон 25% зиёд мешавад ва суръати сӯрохнокӣ аз 1% камтар аст. Барои плитаҳои ғафс (>5 мм): плитаҳои ғафси хӯлаи алюминий ба воридшавии баланди энергия ниёз доранд ва омехтаи гелий-аргон (He:Ar = 3:1) метавонад ҳам чуқурии воридшавӣ ва ҳам хароҷотро мувозинат кунад. Масалан, ҳангоми кафшер кардани плитаҳои 5083 ғафсии 8 мм, чуқурии воридшавӣ дар зери муҳофизати гази омехта ба 6,2 мм мерасад, ки нисбат ба гази аргони холис 35% зиёд мешавад ва арзиши кафшер 20% кам мешавад.
Эзоҳ: Матни аслӣ дорои баъзе хатогиҳо ва номувофиқатиҳо мебошад. Тарҷумаи пешниҳодшуда бар асоси нусхаи ислоҳшуда ва мувофиқи матн таҳия шудааст.
Таъсири суръати ҷараёни гази аргон
Суръати ҷараёни гази аргон мустақиман ба қобилияти фарогирии газ ва динамикаи моеъи ҳавзи гудохта таъсир мерасонад. Вақте ки суръати ҷараён нокифоя аст, қабати газ наметавонад ҳаворо пурра ҷудо кунад ва канори ҳавзи гудохта ба оксидшавӣ ва пайдоиши сӯрохиҳои газ моил аст; вақте ки суръати ҷараён хеле баланд аст, он метавонад боиси турбулентӣ гардад, ки метавонад сатҳи ҳавзи гудохтаро шуста, боиси паст шудани кафшер ё пошидани он гардад. Мувофиқи шумораи Рейнолдс механикаи моеъ (Re = ρvD/μ), афзоиши суръати ҷараён суръати ҷараёни газро зиёд мекунад. Вақте ки Re > 2300 аст, ҷараёни ламинарӣ ба ҷараёни турбулентӣ табдил меёбад, ки устувории ҳавзи гудохтаро вайрон мекунад. Аз ин рӯ, муайян кардани суръати ҷараён бояд тавассути таҷрибаҳо ё симулятсияҳои рақамӣ (масалан, CFD) таҳлил карда шавад.
Расми 2. Таъсири суръати гуногуни ҷараёни газ ба дарзи кафшерӣ
Беҳсозии ҷараён бояд дар якҷоягӣ бо гузаронандагии гармии мавод ва ғафсии плита танзим карда шавад:
• Барои пӯлод ва пӯлоди зангногир: Барои плитаҳои тунуки пӯлодӣ (1-2 мм), суръати ҷараён беҳтараш 10-15 л/дақ аст. Барои плитаҳои ғафс (>6 мм), он бояд то 18-22 л/дақ зиёд карда шавад, то оксидшавии думро кам кунад. Масалан, вақте ки суръати ҷараён пӯлоди зангногири 316L бо ғафсии 6 мм 20 л/дақ аст, якрангии сахтии HAZ 30% беҳтар мешавад.
• Барои хӯлаи алюминий: Гузаронандагии баланди гармӣ барои дароз кардани мӯҳлати муҳофизат суръати баланди ҷараёнро талаб мекунад. Барои хӯлаи алюминийи 7075 бо ғафсии 3 мм, суръати сӯрохнокӣ пасттарин аст (0,3%), вақте ки суръати ҷараён 25-30 л/дақ аст. Аммо, барои плитаҳои ултрағафс (>10 мм), барои пешгирӣ аз турбулентӣ, онро бо дамидани композитӣ якҷоя кардан лозим аст.
Таъсири режими гази дамидашаванда
Реҷаи гази дамзанӣ мустақиман ба тарзи ҷараёни ҳавзи гудохта ва таъсири пахшкунии нуқсон тавассути назорат кардани самт ва тақсимоти ҷараёни газ таъсир мерасонад. Реҷаи гази дамзанӣ ҷараёни ҳавзи гудохтаро тавассути тағир додани градиенти шиддати сатҳӣ ва ҷараёни Марангони (ҷараёни Марангони) танзим мекунад. Дамзании паҳлӯӣ метавонад ҳавзи гудохтаро ба самти муайян водор кунад, ки сӯрохиҳо ва шомилшавии шлакро кам мекунад; дамзании композитӣ метавонад якрангии ташаккули кафшерро тавассути мувозинат кардани тақсимоти энергия тавассути ҷараёни бисёрсамтаи газ беҳтар кунад.
Усулҳои асосии пуф кардан инҳоянд:
• Пуф кардани коаксиалӣ: Ҷараёни газ бо нури лазерӣ ба таври коаксиалӣ бароварда мешавад ва ҳавзи гудохтаро симметрӣ мепӯшонад, ки барои кафшери суръати баланд мувофиқ аст. Бартарии он устувории баланди раванд аст, аммо ҷараёни газ метавонад ба фокуси лазерӣ халал расонад. Масалан, ҳангоми истифодаи пуф кардани коаксиалӣ дар варақаи пӯлоди галвании автомобилӣ (1.2 мм), суръати кафшерро то 40 мм/с зиёд кардан мумкин аст ва суръати пошидани он аз 0.1 камтар аст.
• Дамзанӣ ба паҳлӯ: Ҷараёни газ аз паҳлӯи ҳавзи гудохта ворид карда мешавад, ки онро барои тоза кардани ифлосҳои плазма ё поёнӣ ба таври самтӣ истифода бурдан мумкин аст, ки барои кафшери амиқи воридшавӣ мувофиқ аст. Масалан, ҳангоми дамзанӣ ба пӯлоди Q345 бо ғафсии 12 мм дар кунҷи 30°, воридшавии кафшер 18% меафзояд ва суръати сӯрохнокии поёнӣ аз 4% то 0,8% коҳиш меёбад.
• Пуфкунии композитӣ: Бо якҷоя кардани пуфкунии коаксиалӣ ва паҳлӯӣ, он метавонад ҳамзамон оксидшавӣ ва дахолати плазмаро пешгирӣ кунад. Масалан, барои хӯлаи алюминийи 6061 бо ғафсии 3 мм бо тарҳи ду сопло, суръати сӯрохнокӣ аз 2,5% то 0,4% кам карда мешавад ва қувваи кашиш ба 95% маводи асосӣ мерасад.
Таъсири гази муҳофизатӣ ба сифати кафшер асосан аз танзими интиқоли энергия, термодинамикаи ҳавзи гудохта ва аксуламалҳои кимиёвӣ бармеояд:
1. Интиқоли энергия: Гузаронандагии баланди гармии гелий хунукшавии ҳавзи гудохтаро суръат мебахшад ва паҳнои минтақаи гармии таъсиррасонро (HAZ) кам мекунад; пасти гармии аргон мӯҳлати мавҷудияти ҳавзи гудохтаро дароз мекунад, ки барои ташаккули сатҳи плитаҳои тунук муфид аст.
2. Устувории ҳавзи гудохта: Ҷараёни газ тавассути қувваи буриш ба ҷараёни ҳавзи гудохта таъсир мерасонад ва суръати мувофиқи ҷараён метавонад пошидани газро пешгирӣ кунад; суръати аз ҳад зиёди ҷараён боиси гирдбод мегардад, ки боиси нуқсонҳои кафшер мегардад.
3. Ҳифзи кимиёвӣ: Газҳои инертӣ оксигенро ҷудо мекунанд ва аз оксидшавии унсурҳои хӯла (ба монанди Cr, Al) пешгирӣ мекунанд; газҳои фаъол (ба монанди N₂) хосиятҳои кафшерро тавассути мустаҳкам кардани маҳлули сахт ё ташаккули пайвастагӣ тағйир медиҳанд, аммо консентратсия бояд дақиқ назорат карда шавад.
Вақти нашр: 09 апрели соли 2025
