Әртүрлі өзек диаметрлері бар лазерлердің дәнекерлеу әсерлерін салыстыру

Лазерлік дәнекерлеуүздіксіз немесе импульсті лазер сәулелерін пайдалану арқылы қол жеткізуге болады. Принциптерілазерлік дәнекерлеужылу өткізгіштік дәнекерлеу және лазерлік терең ену дәнекерлеу болып бөлінеді. Қуат тығыздығы 104 ~ 105 Вт/см2-ден аз болғанда, бұл жылу өткізгіштік дәнекерлеу. Бұл кезде ену тереңдігі таяз және дәнекерлеу жылдамдығы баяу болады; қуат тығыздығы 105 ~ 107 Вт/см2-ден жоғары болғанда, металл беті жылудың әсерінен «тесіктерге» ойысып, терең ену дәнекерлеуін түзеді, бұл жылдам дәнекерлеу жылдамдығы мен үлкен арақатынас сипаттамаларына ие. Жылу өткізгіштік принципілазерлік дәнекерлеуболып табылады: лазерлік сәулелену өңделетін бетті қыздырады, ал беттік жылу жылу өткізгіштік арқылы ішкі жағына таралады. Лазер импульсінің ені, энергиясы, шың қуаты және қайталану жиілігі сияқты лазер параметрлерін басқару арқылы дайындама белгілі бір балқытылған бассейнді қалыптастыру үшін балқытылады.

Лазерлік терең ену дәнекерлеуі әдетте материалдарды қосуды аяқтау үшін үздіксіз лазер сәулесін пайдаланады. Оның металлургиялық физикалық процесі электронды сәулелік дәнекерлеуге өте ұқсас, яғни энергияны түрлендіру механизмі «кілт тесігі» құрылымы арқылы аяқталады.

Жоғары қуат тығыздығы бар лазерлік сәулелену кезінде материал буланып, ұсақ тесіктер пайда болады. Буға толы бұл ұсақ тесік қара денеге ұқсайды, түсетін сәуленің барлық энергиясын дерлік сіңіреді. Тесіктегі тепе-теңдік температурасы шамамен 2500-ге жетеді.°C. Жылу жоғары температуралы тесіктің сыртқы қабырғасынан беріледі, бұл тесікті қоршаған металлдың балқуына әкеледі. Кішкентай тесік сәулелену кезінде қабырға материалының үздіксіз булануы нәтижесінде пайда болатын жоғары температуралы бумен толтырылады. Кішкентай тесіктің қабырғалары балқытылған металлмен қоршалған, ал сұйық металл қатты материалдармен қоршалған (көптеген дәстүрлі дәнекерлеу процестерінде және лазерлік өткізгіштік дәнекерлеуде энергия алдымен дайындаманың бетіне түседі, содан кейін ішкі жағына тасымалдау арқылы тасымалданады). Тесік қабырғасының сыртындағы сұйықтық ағыны және қабырға қабатының беттік керілуі тесік қуысында үздіксіз пайда болатын бу қысымымен фазада болады және динамикалық тепе-теңдікті сақтайды. Жарық сәулесі үздіксіз кіші тесікке енеді, ал кіші тесіктің сыртындағы материал үздіксіз ағып тұрады. Жарық сәулесі қозғалған кезде, кіші тесік әрқашан тұрақты ағын күйінде болады.

Яғни, кішкентай тесік және тесік қабырғасын қоршап тұрған балқыған металл ұшқыш сәуленің алға қарай жылдамдығымен алға жылжиды. Балқыған металл кішкентай тесік алынып тасталғаннан кейін қалған саңылауды толтырады және тиісінше конденсацияланады, сонда дәнекерлеу пайда болады. Мұның бәрі соншалықты тез жүреді, сондықтан дәнекерлеу жылдамдығы минутына бірнеше метрге оңай жетеді.

Қуат тығыздығының, жылу өткізгіштіктің және терең ену арқылы пісірудің негізгі ұғымдарын түсінгеннен кейін, біз әр түрлі өзек диаметрлерінің қуат тығыздығы мен металлографиялық фазаларының салыстырмалы талдауын жүргіземіз.

Нарықтағы кең таралған лазерлік өзек диаметрлеріне негізделген дәнекерлеу тәжірибелерін салыстыру:

Әртүрлі өзек диаметрлері бар лазерлердің фокустық нүктесінің орналасу қуат тығыздығы

Қуат тығыздығы тұрғысынан алғанда, бірдей қуат жағдайында өзек диаметрі неғұрлым кіші болса, лазердің жарықтығы соғұрлым жоғары болады және энергия шоғырланады. Егер лазерді өткір пышақпен салыстырсақ, өзек диаметрі неғұрлым кіші болса, лазер соғұрлым өткір болады. 14 мкм өзек диаметрлі лазердің қуат тығыздығы 100 мкм өзек диаметрлі лазердің қуат тығыздығынан 50 еседен астам және өңдеу мүмкіндігі күштірек. Сонымен қатар, мұнда есептелген қуат тығыздығы қарапайым орташа тығыздық болып табылады. Нақты энергия таралуы шамамен Гаусс таралуы болып табылады, ал орталық энергия орташа қуат тығыздығынан бірнеше есе көп болады.

Әртүрлі өзек диаметрлері бар лазер энергиясының таралуының схемалық диаграммасы

Энергияның таралу диаграммасының түсі - энергияның таралуы. Түс неғұрлым қызыл болса, энергия соғұрлым жоғары болады. Қызыл энергия - энергияның шоғырланған жері. Әртүрлі өзек диаметрлері бар лазер сәулелерінің лазерлік энергияның таралуы арқылы лазер сәулесінің алдыңғы жағы өткір емес екенін және лазер сәулесінің өткір екенін көруге болады. Энергия неғұрлым кішірек болса, соғұрлым бір нүктеде шоғырланған болса, соғұрлым ол өткір және оның ену қабілеті күшті болады.

Әртүрлі өзек диаметрлері бар лазерлердің дәнекерлеу әсерлерін салыстыру

Әр түрлі өзек диаметрлері бар лазерлерді салыстыру:

(1) Тәжірибеде 150 мм/с жылдамдық, фокустық позицияда пісіру қолданылады, ал материал 1 сериялы алюминийден, қалыңдығы 2 мм;

(2) Өзек диаметрі неғұрлым үлкен болса, балқу ені соғұрлым үлкен болады, жылу әсер ететін аймақ соғұрлым үлкен болады және бірлік қуат тығыздығы соғұрлым кіші болады. Өзек диаметрі 200 мкм-ден асқан кезде, алюминий мен мыс сияқты жоғары реакциялық қорытпаларда ену тереңдігіне жету оңай емес, ал жоғары тереңдікте пісіруге тек жоғары қуатпен ғана қол жеткізуге болады;

(3) Кіші ядролы лазерлердің қуат тығыздығы жоғары және олар жоғары энергиялы және аз жылу әсер ететін аймақтары бар материалдардың бетінде кілт тесіктерін тез тесіп тастай алады. Дегенмен, сонымен бірге, дәнекерлеу беті кедір-бұдыр болады, ал кілт тесігінің құлау ықтималдығы төмен жылдамдықты дәнекерлеу кезінде жоғары болады, ал кілт тесігі дәнекерлеу циклі кезінде жабылады. Цикл ұзақ, ақаулар мен тесіктер сияқты ақаулар пайда болуы мүмкін. Ол жоғары жылдамдықты өңдеуге немесе тербелмелі траекториямен өңдеуге жарамды;

(4) Үлкен өзек диаметрлі лазерлердің жарық дақтары үлкенірек және энергиясы көбірек шашыраңқы, бұл оларды лазерлік бетті қайта балқыту, қаптау, күйдіру және басқа да процестер үшін қолайлы етеді.