Lazer va materiallar o'rtasidagi o'zaro ta'sir ko'plab jismoniy hodisalar va xususiyatlarni o'z ichiga oladi. Keyingi uchta maqola, hamkasblarga lazerli payvandlash jarayoni bilan bog'liq uchta asosiy fizik hodisani tanishtiradi.lazerli payvandlash jarayoni: lazerni yutish tezligi va holatdagi o'zgarishlar, plazma va kalit teshigi effektiga bo'linadi. Bu safar biz lazer va materiallar holatidagi o'zgarishlar va assimilyatsiya tezligi o'rtasidagi munosabatni yangilaymiz.
Lazer va materiallar o'rtasidagi o'zaro ta'sir natijasida materiya holatining o'zgarishi
Metall materiallarni lazer bilan qayta ishlash asosan fototermik effektlarni termal qayta ishlashga asoslangan. Lazer nurlanishi material yuzasiga qo'llanilganda, turli quvvat zichligida materialning sirt maydonida turli xil o'zgarishlar sodir bo'ladi. Bu o'zgarishlarga sirt haroratining ko'tarilishi, erishi, bug'lanishi, kalit teshigi shakllanishi va plazma hosil bo'lishi kiradi. Bundan tashqari, materialning sirt maydonining jismoniy holatidagi o'zgarishlar materialning lazerni singdirishiga katta ta'sir qiladi. Quvvat zichligi va harakat vaqtining oshishi bilan metall material quyidagi holatda o'zgaradi:
Qachonlazer kuchizichligi past (<10 ^ 4w/sm ^ 2) va nurlanish vaqti qisqa, metall tomonidan so'rilgan lazer energiyasi faqat materialning harorati sirtdan ichkariga ko'tarilishiga olib kelishi mumkin, lekin qattiq faza o'zgarishsiz qoladi. . U asosan qismlarni yumshatish va fazali o'zgarishlarni qattiqlashtiruvchi ishlov berish uchun ishlatiladi, asboblar, viteslar va podshipniklar ko'pchilikni tashkil qiladi;
Lazer quvvati zichligi ortishi (10 ^ 4-10 ^ 6w/sm ^ 2) va nurlanish vaqtining uzayishi bilan materialning yuzasi asta-sekin eriydi. Kirish energiyasi ortib borishi bilan suyuqlik-qattiq interfeys asta-sekin materialning chuqur qismiga qarab harakat qiladi. Bu jismoniy jarayon asosan metallarni sirtni qayta eritish, qotishma, qoplama va issiqlik o'tkazuvchanligini payvandlash uchun ishlatiladi.
Quvvat zichligini yanada oshirish (>10 ^ 6w/sm ^ 2) va lazer ta'sir qilish vaqtini uzaytirish orqali material yuzasi nafaqat eriydi, balki bug'lanadi va bug'langan moddalar material yuzasiga yaqin joyda to'planadi va plazma hosil qilish uchun zaif ionlanadi. Ushbu nozik plazma materialning lazerni o'zlashtirishiga yordam beradi; Bug'lanish va kengayish bosimi ostida suyuqlik yuzasi deformatsiyalanadi va chuqurlarni hosil qiladi. Ushbu bosqich lazerli payvandlash uchun ishlatilishi mumkin, odatda 0,5 mm ichida mikro ulanishlarni birlashtiruvchi issiqlik o'tkazuvchanligini payvandlashda.
Quvvat zichligini yanada oshirish (>10 ^ 7w / sm ^ 2) va nurlanish vaqtini uzaytirish orqali material yuzasi kuchli bug'lanishga uchraydi va yuqori ionlanish darajasiga ega plazma hosil qiladi. Ushbu zich plazma lazerni himoya qiluvchi ta'sirga ega bo'lib, materialga lazer hodisasining energiya zichligini sezilarli darajada kamaytiradi. Shu bilan birga, katta bug 'reaksiyasi kuchi ostida eritilgan metall ichida odatda kalit teshiklari deb nomlanuvchi kichik teshiklar hosil bo'ladi, kalit teshiklarning mavjudligi materialning lazerni yutishi uchun foydalidir va bu bosqich lazer chuqur termoyadroviy uchun ishlatilishi mumkin. payvandlash, kesish va burg'ulash, zarba qattiqlashuvi va boshqalar.
Turli xil sharoitlarda turli xil metall materiallarga lazer nurlanishining turli to'lqin uzunliklari har bir bosqichda quvvat zichligining o'ziga xos qiymatlariga olib keladi.
Lazerning materiallar tomonidan yutilishi nuqtai nazaridan, materiallarning bug'lanishi chegara hisoblanadi. Material qattiq yoki suyuq fazada bug'lanishdan o'tmasa, uning lazerni yutish darajasi faqat sirt haroratining oshishi bilan sekin o'zgaradi; Material bug'lanib, plazma va kalit teshiklarini hosil qilgandan so'ng, materialning lazerni yutish qobiliyati to'satdan o'zgaradi.
2-rasmda ko'rsatilganidek, lazerni payvandlash paytida material yuzasida lazerning yutilish darajasi lazer quvvati zichligi va material sirt haroratiga qarab o'zgaradi. Materiallar eritilmaganda, materialning lazerga singish tezligi materialning sirt haroratining oshishi bilan asta-sekin ortadi. Quvvat zichligi (10 ^ 6w / sm ^ 2) dan katta bo'lsa, material shiddat bilan bug'lanadi va kalit teshigi hosil qiladi. Lazer bir nechta aks ettirish va yutilish uchun kalit teshigiga kiradi, natijada materialning lazerga singish tezligi sezilarli darajada oshadi va erish chuqurligi sezilarli darajada oshadi.
Metall materiallar tomonidan lazerning yutilishi - to'lqin uzunligi
Yuqoridagi rasmda xona haroratida tez-tez ishlatiladigan metallarning aks ettirish, absorbsiya va to'lqin uzunligi o'rtasidagi bog'liqlik egri chizig'i ko'rsatilgan. Infraqizil mintaqada assimilyatsiya tezligi pasayadi va to'lqin uzunligi ortishi bilan aks ettirish kuchayadi. Ko'pgina metallar to'lqin uzunligi 10,6 um (CO2) infraqizil nurni kuchli aks ettiradi, 1,06 um (1060 nm) to'lqin uzunligi infraqizil nurini zaif aks ettiradi. Metall materiallar ko'k va yashil yorug'lik kabi qisqa to'lqin uzunlikdagi lazerlar uchun yuqori assimilyatsiya tezligiga ega.
Metall materiallar tomonidan lazerning yutilishi - Materiallar harorati va lazer energiyasining zichligi
Misol tariqasida alyuminiy qotishmasini oladigan bo'lsak, material qattiq bo'lsa, lazerning assimilyatsiya darajasi taxminan 5-7% ni tashkil qiladi, suyuqlikning assimilyatsiya darajasi 25-35% gacha va kalit teshigi holatida u 90% dan oshishi mumkin.
Materialning lazerga yutilish darajasi harorat oshishi bilan ortadi. Xona haroratida metall materiallarning assimilyatsiya darajasi juda past. Harorat erish nuqtasiga yaqinlashganda, uning assimilyatsiya darajasi 40% ~ 60% ga yetishi mumkin. Agar harorat qaynash nuqtasiga yaqin bo'lsa, uning so'rilish darajasi 90% gacha yetishi mumkin.
Metall materiallar bilan lazerning yutilishi - sirt holati
An'anaviy assimilyatsiya tezligi silliq metall sirt yordamida o'lchanadi, lekin lazerli isitishning amaliy qo'llanilishida, odatda, yuqori ko'zgudan kelib chiqadigan noto'g'ri lehimga yo'l qo'ymaslik uchun ma'lum yuqori aks ettiruvchi materiallarning (alyuminiy, mis) assimilyatsiya tezligini oshirish kerak;
Quyidagi usullardan foydalanish mumkin:
1. Lazerning aks ettirish qobiliyatini yaxshilash uchun tegishli sirtni oldindan tozalash jarayonlarini qabul qilish: prototip oksidlanish, qum bilan tozalash, lazerni tozalash, nikel qoplamasi, qalay qoplamasi, grafit qoplamasi va boshqalar.
Asosiy material sirtining pürüzlülüğünü oshirish (bu bir nechta lazerli aks ettirish va singdirish uchun qulay), shuningdek, yuqori assimilyatsiya tezligi bilan qoplama materialini oshirishdir. Lazer energiyasini singdirish va uni yuqori assimilyatsiya tezligi materiallari orqali eritish va uchuvchanlik qilish orqali lazer issiqlik materialning assimilyatsiya tezligini yaxshilash va yuqori ko'zgu hodisasidan kelib chiqqan virtual payvandlashni kamaytirish uchun asosiy materialga uzatiladi.
Yuborilgan vaqt: 23-noyabr-2023
