Лазер мен материалдардың өзара әрекеттесуі көптеген физикалық құбылыстар мен сипаттамаларды қамтиды. Келесі үш мақала әріптестерге лазерлік дәнекерлеу процесіне қатысты негізгі үш физикалық құбылысты таныстырады.лазерлік дәнекерлеу процесі: лазерді сіңіру жылдамдығына және күйдегі өзгерістерге, плазмалық және кілттік саңылау эффектісіне бөлінеді. Бұл жолы біз лазер мен материалдар күйіндегі өзгерістер мен сіңіру жылдамдығы арасындағы байланысты жаңартамыз.
Лазер мен материалдардың өзара әрекеттесуінен болатын зат күйінің өзгеруі
Металл материалдарды лазерлік өңдеу негізінен фототермиялық әсерлерді термиялық өңдеуге негізделген. Материалдың бетіне лазерлік сәулелендіруді қолданғанда, әртүрлі қуат тығыздықтарында материалдың бетінің ауданында әртүрлі өзгерістер болады. Бұл өзгерістерге бет температурасының көтерілуі, балқу, булану, кілттік саңылаулардың пайда болуы және плазманың пайда болуы жатады. Сонымен қатар, материал бетінің физикалық күйіндегі өзгерістер материалдың лазерді сіңіруіне үлкен әсер етеді. Қуат тығыздығы мен әрекет ету уақытының ұлғаюымен металл материал күйінде келесі өзгерістерге ұшырайды:
Қашанлазерлік қуаттығыздығы төмен (<10 ^ 4w/cm ^ 2) және сәулелену уақыты қысқа, металл жұтқан лазер энергиясы материалдың температурасының бетінен ішкі жағына көтерілуіне ғана себеп болады, бірақ қатты фаза өзгеріссіз қалады. . Ол негізінен бөлшектерді жасыту және фазалық түрлендіру қатайтуды өңдеу үшін қолданылады, олардың көпшілігі құралдар, тісті дөңгелектер және мойынтіректер;
Лазер қуатының тығыздығының жоғарылауымен (10 ^ 4-10 ^ 6w/см ^ 2) және сәулелену уақытының ұзаруымен материалдың беті бірте-бірте балқиды. Кіріс энергиясы ұлғайған сайын сұйық пен қатты дененің интерфейсі материалдың терең бөлігіне қарай біртіндеп жылжиды. Бұл физикалық процесс негізінен металдардың бетін қайта балқыту, легірлеу, қаптау және жылу өткізгіштікпен дәнекерлеу үшін қолданылады.
Қуат тығыздығын одан әрі арттыру (>10 ^ 6w/cm ^ 2) және лазердің әсер ету уақытын ұзарту арқылы материалдың беті еріп қана қоймай, сонымен бірге буланады, ал буланған заттар материал бетіне жақын жиналып, плазманы қалыптастыру үшін әлсіз иондалады. Бұл жұқа плазма материалға лазерді сіңіруге көмектеседі; Булану және кеңею қысымымен сұйық беті деформацияланып, шұңқырлар түзеді. Бұл кезеңді лазерлік дәнекерлеу үшін қолдануға болады, әдетте 0,5 мм шегінде микро қосылыстардың жылу өткізгіштігін дәнекерлеуде.
Қуат тығыздығын одан әрі арттыру (>10 ^ 7w/cm ^ 2) және сәулелену уақытын ұзарту арқылы материалдың беті күшті булануға ұшырайды, иондану дәрежесі жоғары плазманы құрайды. Бұл тығыз плазманың материалға түсетін лазерлік энергияның тығыздығын айтарлықтай төмендете отырып, лазерге қорғаныс әсері бар. Сонымен қатар, үлкен бу реакциясының күшімен балқытылған металдың ішінде әдетте кілттік саңылаулар деп аталатын шағын тесіктер пайда болады, кілт саңылауларының болуы материалдың лазерді сіңіруі үшін пайдалы және бұл кезең лазердің терең синтезі үшін пайдаланылуы мүмкін. дәнекерлеу, кесу және бұрғылау, соққымен шыңдау және т.б.
Әртүрлі жағдайларда әртүрлі металл материалдардағы лазерлік сәулеленудің әртүрлі толқын ұзындығы әр кезеңде қуат тығыздығының нақты мәндерін береді.
Лазерді материалдармен сіңіру тұрғысынан материалдардың булануы шекара болып табылады. Материал қатты немесе сұйық фазада булануға ұшырамаған кезде оның лазерді сіңіруі тек бет температурасының жоғарылауымен баяу өзгереді; Материал буланып, плазма мен саңылаулар пайда болғаннан кейін материалдың лазерді сіңіруі кенеттен өзгереді.
2-суретте көрсетілгендей, лазерлік дәнекерлеу кезінде материалдың бетіне лазердің сіңіру жылдамдығы лазер қуатының тығыздығына және материал бетінің температурасына байланысты өзгереді. Материал балқымаған кезде материалдың лазерге сіңіру жылдамдығы материал бетінің температурасының жоғарылауымен баяу артады. Қуат тығыздығы (10 ^ 6w/cm ^ 2) артық болғанда материал қатты буланып, кілт тесігі пайда болады. Лазер бірнеше рет шағылысу және сіңіру үшін кілт тесігіне кіреді, нәтижесінде материалдың лазерге сіңіру жылдамдығы айтарлықтай артады және балқу тереңдігі айтарлықтай артады.
Металл материалдармен лазерді сіңіру – толқын ұзындығы
Жоғарыдағы суретте бөлме температурасында жиі қолданылатын металдардың шағылысу, сіңіру және толқын ұзындығы арасындағы байланыс қисығы көрсетілген. Инфрақызыл аймақта жұтылу жылдамдығы төмендейді және толқын ұзындығының ұлғаюымен шағылысу жоғарылайды. Көптеген металдар толқын ұзындығы 10,6um (CO2) инфрақызыл сәулені қатты көрсетеді, ал толқын ұзындығы 1,06um (1060нм) инфрақызыл сәулені әлсіз көрсетеді. Металл материалдардың көк және жасыл жарық сияқты қысқа толқын ұзындығы лазерлер үшін сіңіру жылдамдығы жоғары.
Металл материалдармен лазерді сіңіру – материал температурасы және лазер энергиясының тығыздығы
Мысал ретінде алюминий қорытпасын алсақ, материал қатты болған кезде лазерді сіңіру жылдамдығы шамамен 5-7%, сұйықтықты сіңіру жылдамдығы 25-35% құрайды және кілт тесігі күйінде 90% -дан астамға жетуі мүмкін.
Материалдың лазерге сіңу жылдамдығы температураның жоғарылауымен артады. Металл материалдардың бөлме температурасында сіңіру жылдамдығы өте төмен. Температура балқу нүктесіне жақындағанда, оның сіңіру жылдамдығы 40% ~ 60% жетуі мүмкін. Температура қайнау температурасына жақын болса, оның сіңіру жылдамдығы 90% жетуі мүмкін.
Металл материалдармен лазерді сіңіру – беттік жағдай
Кәдімгі сіңіру жылдамдығы тегіс металл бетінің көмегімен өлшенеді, бірақ лазерлік қыздырудың практикалық қолдануларында, әдетте, жоғары шағылысудан туындаған жалған дәнекерлеуді болдырмау үшін белгілі бір жоғары шағылысу материалдарының (алюминий, мыс) сіңіру жылдамдығын арттыру қажет;
Келесі әдістерді қолдануға болады:
1. Лазердің шағылыстыру қабілетін жақсарту үшін бетті алдын ала өңдеудің тиісті процестерін қабылдау: прототипті тотығу, құмдау, лазермен тазалау, никельмен қаптау, қалайы қаптау, графитпен қаптау және т.б. материалдардың лазерді сіңіру жылдамдығын жақсарта алады;
Негізгі материал бетінің кедір-бұдырлығын арттыру (бұл бірнеше лазерлік шағылысулар мен сіңіру үшін қолайлы), сондай-ақ жоғары сіңіру жылдамдығымен жабын материалын арттыру. Лазер энергиясын сіңіру және оны жоғары сіңіру жылдамдығы бар материалдар арқылы балқыту және ұшпалау арқылы лазерлік жылу материалды сіңіру жылдамдығын жақсарту және жоғары шағылысу құбылысынан туындаған виртуалды дәнекерлеуді азайту үшін негізгі материалға беріледі.
Жіберу уақыты: 23 қараша 2023 ж
