Lāzera un materiālu mijiedarbība ietver daudzas fiziskas parādības un īpašības. Nākamie trīs raksti iepazīstinās ar trim galvenajām fiziskajām parādībām, kas saistītas ar lāzermetināšanas procesu, lai sniegtu kolēģiem skaidrāku izpratni parlāzera metināšanas process: sadalīts lāzera absorbcijas ātrumā un stāvokļa izmaiņās, plazmā un atslēgas cauruma efektā. Šoreiz mēs atjaunināsim attiecības starp lāzera un materiālu stāvokļa izmaiņām un absorbcijas ātrumu.
Vielas stāvokļa izmaiņas, ko izraisa lāzera un materiālu mijiedarbība
Metāla materiālu lāzerapstrāde galvenokārt balstās uz fototermisko efektu termisko apstrādi. Kad materiāla virsmai tiek pielietota lāzera apstarošana, materiāla virsmas laukumā pie dažāda jaudas blīvuma notiks dažādas izmaiņas. Šīs izmaiņas ietver virsmas temperatūras paaugstināšanos, kušanu, iztvaikošanu, atslēgas caurumu veidošanos un plazmas veidošanos. Turklāt materiāla virsmas laukuma fiziskā stāvokļa izmaiņas lielā mērā ietekmē materiāla lāzera absorbciju. Palielinoties jaudas blīvumam un darbības laikam, metāla materiāla stāvoklī būs šādas izmaiņas:
Kadlāzera jaudablīvums ir zems (<10 ^ 4w/cm ^ 2) un apstarošanas laiks ir īss, lāzera enerģija, ko absorbē metāls, var tikai izraisīt materiāla temperatūras paaugstināšanos no virsmas uz iekšpusi, bet cietā fāze paliek nemainīga . To galvenokārt izmanto detaļu atlaidināšanai un fāzes transformācijas sacietēšanas apstrādei, un lielākā daļa ir instrumenti, zobrati un gultņi;
Palielinoties lāzera jaudas blīvumam (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) un pagarinot apstarošanas laiku, materiāla virsma pakāpeniski kūst. Palielinoties ievades enerģijai, šķidruma un cietās vielas saskarne pakāpeniski virzās uz materiāla dziļo daļu. Šo fizisko procesu galvenokārt izmanto metālu virsmu pārkausēšanai, leģēšanai, apšuvumam un metināšanai ar siltumvadītspēju.
Vēl vairāk palielinot jaudas blīvumu (>10 ^ 6w/cm ^ 2) un pagarinot lāzera darbības laiku, materiāla virsma ne tikai izkūst, bet arī iztvaiko, un iztvaicētās vielas pulcējas materiāla virsmas tuvumā un vāji jonizējas, veidojot plazmu. Šī plānā plazma palīdz materiālam absorbēt lāzeru; Zem iztvaikošanas un izplešanās spiediena šķidruma virsma deformējas un veido bedres. Šo posmu var izmantot lāzermetināšanai, parasti mikrosavienojumu savienojuma siltumvadītspējas metināšanai 0,5 mm robežās.
Vēl vairāk palielinot jaudas blīvumu (>10 ^ 7w/cm ^ 2) un pagarinot apstarošanas laiku, materiāla virsma spēcīgi iztvaiko, veidojot plazmu ar augstu jonizācijas pakāpi. Šai blīvajai plazmai ir lāzera ekranēšanas efekts, ievērojami samazinot materiālā ieplūstošā lāzera enerģijas blīvumu. Tajā pašā laikā liela tvaika reakcijas spēka ietekmē izkausētā metāla iekšpusē veidojas mazi caurumi, ko parasti sauc par atslēgas caurumiem. Atslēgas caurumu esamība ir labvēlīga materiālam, kas absorbē lāzeru, un šo posmu var izmantot lāzera dziļai saplūšanai. metināšana, griešana un urbšana, trieciencietēšana utt.
Dažādos apstākļos dažādi lāzera apstarošanas viļņu garumi uz dažādiem metāla materiāliem katrā posmā radīs īpašas jaudas blīvuma vērtības.
Attiecībā uz lāzera absorbciju materiāliem, materiālu iztvaikošana ir robeža. Ja materiāls netiek iztvaicēts, gan cietā, gan šķidrā fāzē, tā lāzera absorbcija mainās tikai lēni, palielinoties virsmas temperatūrai; Kad materiāls iztvaiko un veido plazmu un atslēgas caurumus, materiāla lāzera absorbcija pēkšņi mainīsies.
Kā parādīts 2. attēlā, lāzera absorbcijas ātrums uz materiāla virsmas lāzermetināšanas laikā mainās atkarībā no lāzera jaudas blīvuma un materiāla virsmas temperatūras. Kad materiāls nav izkusis, materiāla absorbcijas ātrums lāzerā lēnām palielinās, palielinoties materiāla virsmas temperatūrai. Ja jaudas blīvums ir lielāks par (10 ^ 6w/cm ^ 2), materiāls spēcīgi iztvaiko, veidojot atslēgas caurumu. Lāzers iekļūst atslēgas caurumā, lai veiktu vairākas atstarošanas un absorbcijas, kā rezultātā ievērojami palielinās materiāla absorbcijas ātrums pret lāzeru un ievērojami palielinās kušanas dziļums.
Lāzera absorbcija ar metāla materiāliem – viļņa garums
Iepriekš redzamajā attēlā parādīta attiecības līkne starp parasti izmantoto metālu atstarošanas spēju, absorbciju un viļņa garumu istabas temperatūrā. Infrasarkanajā reģionā absorbcijas ātrums samazinās un atstarošanas spēja palielinās, palielinoties viļņa garumam. Lielākā daļa metālu spēcīgi atstaro 10,6 um (CO2) viļņa garuma infrasarkano gaismu, bet vāji atstaro 1,06 um (1060 nm) viļņa garuma infrasarkano gaismu. Metāla materiāliem ir augstāks absorbcijas ātrums īsa viļņa garuma lāzeriem, piemēram, zilai un zaļai gaismai.
Lāzera absorbcija no metāla materiāliem – materiāla temperatūra un lāzera enerģijas blīvums
Kā piemēru ņemot alumīnija sakausējumu, ja materiāls ir ciets, lāzera absorbcijas ātrums ir aptuveni 5–7%, šķidruma absorbcijas ātrums ir līdz 25–35%, un atslēgas cauruma stāvoklī tas var sasniegt vairāk nekā 90%.
Materiāla absorbcijas ātrums pret lāzeru palielinās, palielinoties temperatūrai. Metāla materiālu absorbcijas ātrums istabas temperatūrā ir ļoti zems. Kad temperatūra paaugstinās līdz tuvu kušanas temperatūrai, tā absorbcijas ātrums var sasniegt 40% ~ 60%. Ja temperatūra ir tuvu viršanas temperatūrai, tā absorbcijas ātrums var sasniegt pat 90%.
Lāzera absorbcija ar metāla materiāliem – virsmas stāvoklis
Parasto absorbcijas ātrumu mēra, izmantojot gludu metāla virsmu, bet praktiskos lāzera sildīšanas pielietojumos parasti ir jāpalielina noteiktu augstas atstarošanas materiālu (alumīnija, vara) absorbcijas ātrums, lai izvairītos no viltus lodēšanas, ko izraisa liela atstarošana;
Var izmantot šādas metodes:
1. Piemērotu virsmas pirmapstrādes procesu pieņemšana, lai uzlabotu lāzera atstarošanu: prototipa oksidēšana, smilšu strūklu, lāzera tīrīšana, niķeļa pārklājums, alvas pārklājums, grafīta pārklājums utt., Tas viss var uzlabot materiāla lāzera absorbcijas ātrumu;
Kodols ir palielināt materiāla virsmas raupjumu (kas veicina daudzkārtēju lāzera atstarošanu un absorbciju), kā arī palielināt pārklājuma materiālu ar augstu absorbcijas ātrumu. Absorbējot lāzera enerģiju un izkausējot un iztvaikojot to caur materiāliem ar augstu absorbcijas ātrumu, lāzera siltums tiek pārnests uz pamatmateriālu, lai uzlabotu materiāla absorbcijas ātrumu un samazinātu virtuālo metināšanu, ko izraisa augsta atstarošanas parādība.
Izlikšanas laiks: 2023. gada 23. novembris
