דער איינפלוס פון פּראַטעקטיוו גאַז פּאַראַמעטערס אויף לאַזער וועַלדינג פּראָצעס

לאַזער וועַלדינג טעכנאָלאָגיע, צוליב איר הויכער ענערגיע געדיכטקייט, נידעריגער היץ אריינגאבע און נישט-קאנטאקט אייגנשאפטן, איז געווארן איינער פון די הויפט פראצעסן אין מאדערנער פרעציזיע פאבריקאציע. אבער, פראבלעמען ווי אקסידאציע, פאראזיטעט און עלעמענט פארברענונג, פאראורזאכט דורך דעם קאנטאקט פון דעם געשמעלצן בעקן מיט דער אטמאספערע בעת שווייסן, באגרענעצן ערנסט די מעכאנישע אייגנשאפטן און לעבנסדויער פון דער שווייס נאט. אלס דער הויפט מיטל פאר קאנטראלירן די שווייס סביבה, דארף די אויסוואל פון דעם טיפ, שטראם ראטע און בלאזן מאָדוס פון שוץ גאז זיין פארבונדן מיט די מאטעריאל אייגנשאפטן (ווי כעמישע טעטיקייט, טערמישע קאנדוקטיוויטעט) און די גרעב פון דער פלאטע.

טיפּן פון שיצנדיקע גאַזן

די קערן פונקציע פון ​​שיצנדיקע גאזן ליגט אין אפגעזונדערן זויערשטאָף, רעגולירן דאָס נאַטור פון דעם געשמאָלצן בעקן, און פֿאַרבעסערן די עפֿעקטיווקייט פון ענערגיע קאַפּלינג. באַזירט אויף זייערע כעמישע אייגנשאַפֿטן, קענען שיצנדיקע גאזן קלאַסיפֿיצירט ווערן אין אינערטע גאזן (אַרגאָן, העליום) און אַקטיווע גאזן (ניטראָגען, קוילן דייאַקסייד). אינערטע גאזן האָבן אַ הויכע כעמישע פעסטקייט און קענען עפֿעקטיוו פאַרהיטן די אַקסאַדיישאַן פון דעם געשמאָלצן בעקן, אָבער זייערע באַדייטנדיקע אונטערשיידן אין טערמישע פֿיזישע אייגנשאַפֿטן באַאײַנפֿלוסן באַדייטנדיק דעם וועַלדינג עפֿעקט. למשל, אַרגאָן (Ar) האט אַ הויכע געדיכטקייט (1.784 ק"ג/מ³) און קען פֿאָרמען אַ סטאַבילע באַדעקונג, אָבער זײַן נידעריקע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי (0.0177 W/m·K) פֿירט צו אַ לאַנגזאַמע קילונג פון דעם געשמאָלצן בעקן און אַ פּליטקע וועַלדינג דורכדרינגונג. אין קאַנטראַסט, העליום (He) האט אַן אַכטפֿאַך העכערע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי (0.1513 W/m·K) ווי אַרגאָן און קען באַשנעלערן די קילונג פון דעם געשמאָלצן בעקן און פֿאַרגרעסערן די וועַלדינג דורכדרינגונג, אָבער זײַן נידעריקע געדיכטקייט (0.1785 ק"ג/מ³) מאַכט עס פּראָנע צו אַנטלויפֿן, וואָס פֿאָדערט אַ העכערע פֿלוס קורס צו האַלטן דעם פּראַטעקטיוו עפֿעקט. אַקטיווע גאַזן ווי שטיקשטאָף (N₂) קענען פֿאַרבעסערן די שוועַל שטאַרקייט דורך פֿאַרשטאַרקונג מיט פֿעסטע לייזונגען אין געוויסע סצענאַרן, אָבער איבערגעטריבענע נוצן קען פֿאַראורזאַכן פּאָראָזיטעט אָדער דעם אָפּזאַץ פֿון שוואַכע פֿאַזעס. למשל, ווען מען שוועַלט דופּלעקס ומבאַפֿלעקט שטאָל, קען שטיקשטאָף דיפֿוזיע אין דעם געשמאָלצן בעקן שטערן דעם פֿעריט/אָסטעניט פֿאַזע וואָג, וואָס רעזולטירט אין אַ פֿאַרקלענערונג אין קעראָוזשאַן קעגנשטעל.

פיגור 1. לאַזער וועַלדינג פון 304L ומבאַפלעקט שטאָל (אויבן): אַר גאַז שילדינג; (אונטן): N2 גאַז שילדינג

פֿון דער פּערספּעקטיוו פֿון פּראָצעס מעכאַניזם, קען די הויכע יאָניזאַציע ענערגיע פֿון העליום (24.6 eV) אונטערדריקן דעם פּלאַזמע שילדינג עפֿעקט און פֿאַרבעסערן לאַזער ענערגיע אַבזאָרפּציע, דערמיט פֿאַרגרעסערנדיק די דורכדרינגונג טיפֿקייט. דערווייל, איז די נידעריקע יאָניזאַציע ענערגיע פֿון אַרגאָן (15.8 eV) נוטה צו דזשענערירן פּלאַזמע וואָלקנס, וואָס פֿאָדערט דעפֿאָקוסינג אָדער פּולס מאָדולאַציע צו רעדוצירן ינטערפֿערענץ. דערצו, קען די כעמישע רעאַקציע צווישן אַקטיווע גאַזן און דעם געשמאָלצן בעקן (אַזאַ ווי ניטראָגען וואָס רעאַגירט מיט Cr אין שטאָל) ענדערן די וועַלסט קאָמפּאָזיציע, און אַ פֿאָרזיכטיקע אויסוואַל באַזירט אויף מאַטעריאַל אייגנשאַפֿטן איז נייטיק.

מאַטעריאַל אַפּליקאַציע ביישפילן:

• שטאָל: אין דין פּלאַטע (<3 מם) וועַלדינג, קען אַרגאָן זיכער מאַכן אַן אויבערפלאַך ענדיקונג, מיט אַן אָקסייד שיכט גרעב פון בלויז 0.5 מיקראָמעטער פֿאַר אַ 1.5 מם נידעריק-קאַרבאָן שטאָל וועַלדינג נאָט; פֿאַר דיקע פּלאַטן (>10 מם), דאַרף מען צולייגן אַ קליינע מאָס העליום (He) צו פֿאַרגרעסערן די דורכדרינגונג טיפקייט.

• נישט-ראסטיקער שטאָל: אַרגאָן שוץ קען פאַרהיטן Cr עלעמענט אָנווער, מיט אַ Cr אינהאַלט פון 18.2% אין אַ 3 מם דיק 304 נישט-ראסטיקער שטאָל וועַלסט נאָט וואָס דערנענטערט זיך צו די 18.5% פון די באַזע מעטאַל; פֿאַר דופּלעקס נישט-ראסטיקער שטאָל, איז אַן Ar-N₂ געמיש (N₂ ≤ 5%) נייטיק צו באַלאַנסירן די פאַרהעלטעניש. שטודיעס האָבן געוויזן אַז ווען מען ניצט אַן Ar-2% N₂ געמיש פֿאַר 8 מם דיק 2205 דופּלעקס נישט-ראסטיקער שטאָל, איז די פעריט/אויסטעניט פאַרהעלטעניש סטאַביל ביי 48:52, מיט אַ טענסיל שטאַרקייט פון 780 MPa, וואָס איז העכער ווי ריין אַרגאָן שוץ (720 MPa).

• אַלומינום צומיש: דין פּלאַטע (<3 מ"מ): די הויכע רעפלעקטיוויטי פון אַלומינום צומישן פירט צו אַ נידעריק ענערגיע אַבזאָרפּשאַן קורס, און העליום, מיט זיין הויך ייאַניזיישאַן ענערגיע (24.6 eV), קען סטאַביליזירן די פּלאַזמע. פאָרשונג ווייזט אַז ווען 2 מ"מ דיק 6061 אַלומינום צומיש איז פּראָטעקטעד דורך העליום, די דורכדרינגונג טיפקייַט דערגרייכט 1.8 מ"מ, ינקריסינג מיט 25% קאַמפּערד צו אַרגאָן, און די פּאָראָסיטי קורס איז נידעריקער ווי 1%. פֿאַר דיקע פּלאַטעס (>5 מ"מ): אַלומינום צומיש פּלאַטעס דאַרפן הויך ענערגיע אַרייַנשרייַב, און אַ העליום-אַרגאָן געמיש (He:Ar = 3:1) קענען באַלאַנסירן ביידע דורכדרינגונג טיפקייַט און קאָסטן. למשל, ווען וועַלדינג 8 מ"מ דיק 5083 פּלאַטעס, די דורכדרינגונג טיפקייַט דערגרייכט 6.2 מ"מ אונטער געמישט גאַז שוץ, ינקריסינג מיט 35% קאַמפּערד צו ריין אַרגאָן גאַז, און די וועַלדינג קאָסטן איז רידוסט מיט 20%.

באַמערקונג: דער אָריגינעלער טעקסט כּולל עטלעכע טעותים און אומקאָנסיסטענצן. די איבערזעצונג וואָס איז צוגעשטעלט איז באַזירט אויף דער קאָריגירטער און קאָוכירענטער ווערסיע פֿון טעקסט.

דער איינפלוס פון אַרגאָן גאַז שטראָם קורס

די אַרגאָן גאַז שטראָם ראַטע האָט אַ דירעקטן השפּעה אויף די גאַז קאַווערידזש קייפּאַבילאַטי און די פליסיק דינאַמיק פון די געשמאָלצן בעקן. ווען די שטראָם ראַטע איז נישט גענוג, קען די גאַז שיכט נישט גאָר אפגעזונדערן די לופט, און דער ברעג פון די געשמאָלצן בעקן איז אונטערטעניק צו אַקסאַדיישאַן און די פאָרמירונג פון גאַז פּאָרעס; ווען די שטראָם ראַטע איז צו הויך, קען עס פאַרשאַפן טורבולענץ, וואָס קען וואַשן די געשמאָלצן בעקן ייבערפלאַך און פירן צו שווייס דעפּרעסיע אָדער שפּריץ. לויט די רעינאָלדס נומער פון פליסיק מעכאַניקס (Re = ρvD/μ), וועט אַ פאַרגרעסערונג אין שטראָם ראַטע פאַרגרעסערן די גאַז שטראָם גיכקייט. ווען Re > 2300, ווערט דער לאַמינאַר שטראָם טורבולענט, וואָס וועט צעשטערן די פעסטקייט פון די געשמאָלצן בעקן. דעריבער, דאַרף די באַשטימונג פון די קריטישע שטראָם ראַטע ווערן אַנאַליזירט דורך עקספּערימענטן אָדער נומערישע סימיאַליישאַנז (אַזאַ ווי CFD).

פיגור 2. ווירקונגען פון פארשידענע גאז שטראָם ראַטעס אויף וועַלסט נאָט

פלוס אָפּטימיזאַציע זאָל זיין אַדזשאַסטיד אין קאָמבינאַציע מיט מאַטעריאַל טערמאַל קאַנדאַקטיוויטי און פּלאַטע גרעב:

• פֿאַר שטאָל און נישט-ראַסטיק שטאָל: פֿאַר דין שטאָל פּלאַטעס (1-2 מ"מ), איז די פֿלוס ראַטע בעסער 10-15 ל/מינוט. פֿאַר דיקע פּלאַטעס (>6 מ"מ), זאָל מען עס פֿאַרגרעסערן צו 18-22 ל/מינוט צו אונטערדריקן די עק אַקסאַדיישאַן. למשל, ווען די פֿלוס ראַטע פֿון 6 מ"מ דיק 316L נישט-ראַסטיק שטאָל איז 20 ל/מינוט, ווערט די איינהייטלעכקייט פֿון HAZ כאַרטקייט פֿאַרבעסערט מיט 30%.

• פֿאַר אַלומינום צומיש: הויכע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פארלאנגט אַ הויכע לויפן קורס צו פֿאַרלענגערן די שוץ צייט. פֿאַר 3 מם דיק 7075 אַלומינום צומיש, איז די פּאָראָסיטי קורס די לאָואַסט (0.3%) ווען די לויפן קורס איז 25-30 ל/מינוט. אָבער, פֿאַר גאָר-דיקע פּלאַטעס (>10 מם), איז עס נייטיק צו קאָמבינירן מיט קאָמפּאָסיט בלאָוינג צו ויסמיידן טורבולענץ.

דער איינפלוס פון דעם בלאָזנדיקן גאַז מאָדע

דער בלאָז-גאַז מאָדע אַפעקטירט גלייך דעם פלוס-מוסטער פון דעם געשמאָלצן בעקן און דעם דעפעקט-אונטערדריקונג-עפעקט דורך קאָנטראָלירן די ריכטונג און פאַרשפּרייטונג פון דעם גאַז-פלוס. דער בלאָז-גאַז מאָדע רעגולירט דעם פלוס פון דעם געשמאָלצן בעקן דורך ענדערן דעם ייבערפלאַך-שפּאַנונג-גראַדיענט און דעם מאַראַנגאָני-פלוס (מאַראַנגאָני-פלוס). זייטיק בלאָזן קען ברענגען דעם געשמאָלצן בעקן צו פליסן אין אַ ספּעציפֿישער ריכטונג, רעדוצירנדיק פּאָרן און שלאַג-אינקלוזיע; קאָמפּאָזיט-בלאָזן קען פֿאַרבעסערן די איינהייטלעכקייט פון דער וועלד-פאָרמאַציע דורך באַלאַנסירן די ענערגיע-פאַרשפּרייטונג דורך מולטי-דירעקשאַנאַל גאַז-פלוס.

די הויפּט מעטאָדן פון בלאָזן אַרייַננעמען:

• קאאקסיאלער בלאזן: דער גאז שטראם ווערט ארויסגעגעבן קאאקסיאלער מיטן לאזער שטראל, סימעטריש באדעקט דעם געשמאָלצן בעקן, פאסיג פאר הויך-גיך שווייסן. זיין מעלה איז הויכע פראצעס פעסטקייט, אבער דער גאז שטראם קען אריינמישן זיך מיטן לאזער פאקוסירן. למשל, ווען מען ניצט קאאקסיאלער בלאזן אויף אויטאמאטיוו גאלוואניזירטן שטאל בויגן (1.2 מ״מ), קען די שווייסן גיכקייט ווערן פארגרעסערט צו 40 מ״מ/ס, און די שפריץ ראטע איז ווייניגער ווי 0.1.

• זייטיק בלאָזן: דער גאַז שטראָם ווערט אַרײַנגעפֿירט פֿון דער זײַט פֿון דעם געשמאָלצן בעקן, וואָס קען געניצט ווערן צו ריכטונגסווײַז אַראָפּנעמען פּלאַזמע אָדער אונטערשטע פֿאַרפּעסטיקונגען, פּאַסיק פֿאַר טיף דורכדרינגונג וועַלדינג. למשל, ווען מען בלאָזט אויף 12 מ״מ דיק Q345 שטאָל אין אַ ווינקל פֿון 30°, וואַקסט די וועַלדינג דורכדרינגונג מיט 18%, און די אונטערשטע פּאָראָסיטי קורס פֿאַרקלענערט זיך פֿון 4% צו 0.8%.

• קאמפאזיט בלאָזן: קאָמבינירן קאָאַקסיאַל און זייטיק בלאָזן, קען עס סיימאַלטייניאַסלי אונטערדריקן אַקסאַדיישאַן און פּלאַזמע ינטערפיראַנס. למשל, פֿאַר 3 מם דיק 6061 אַלומינום צומיש מיט אַ טאָפּל נאָזל פּלאַן, ווערט די פּאָראָסיטי קורס רידוסט פון 2.5% צו 0.4%, און די טענסאַל שטאַרקייט דערגרייכט 95% פון די באַזע מאַטעריאַל.

דער איינפלוס פון שילדגאז אויף שווייס קוואַליטעט שטאַמט יסודותדיק פון זיין רעגולאַציע פון ​​ענערגיע אַריבערפירן, די טערמאָדינאַמיק פון די געשמאָלצן בעקן, און כעמישע רעאַקציעס:

1. ענערגיע איבערפיר: די הויכע טערמישע קאנדוקטיוויטעט פון העליום פארשנעלערט די קילונג פון דעם געשמאָלצן בעקן, פארקלענערן די ברייט פון דער היץ-באאיינפלוסטער זאָנע (HAZ); די נידעריגע טערמישע קאנדוקטיוויטעט פון ארגאן פארלענגערט די עקזיסטענץ צייט פון דעם געשמאָלצן בעקן, וואָס איז נוצלעך פֿאַר דער אויבערפלאַך פאָרמירונג פון דין פּלאַטעס.

2. געשמאָלצן בעקן סטאַביליטעט: דער גאַז שטראָם אַפעקטירט דעם שטראָם פון דעם געשמאָלצן בעקן דורך שער קראַפט, און אַ פּאַסיק שטראָם קורס קען אונטערדריקן שפּריץ; איבערגעטריבענע שטראָם קורס וועט פאַרשאַפן וואָרטעקס, וואָס פירט צו שווייס חסרונות.

3. כעמישע שוץ: אינערטע גאזן איזאלירן זויערשטאָף און פאַרהיטן די אַקסאַדיישאַן פון צומיש עלעמענטן (אַזאַ ווי Cr, Al); אַקטיווע גאַזן (אַזאַ ווי N₂) טוישן די וועַלסט אייגנשאַפטן דורך פעסטער לייזונג פארשטארקן אָדער קאַמפּאַונד פאָרמירונג, אָבער די קאַנסאַנטריישאַן דאַרף זיין פּינקטלעך קאַנטראָולד.