Lazer va materiallar o'rtasidagi o'zaro ta'sir ko'plab fizik hodisalar va xususiyatlarni o'z ichiga oladi. Keyingi uchta maqolada hamkasblarga lazerli payvandlash jarayoni haqida aniqroq tushuncha berish uchun lazerli payvandlash jarayoni bilan bog'liq uchta asosiy fizik hodisa taqdim etiladi.lazerli payvandlash jarayoni: lazerning yutilish tezligi va holat o'zgarishi, plazma va kalit teshigi effektiga bo'lingan. Bu safar biz lazer va materiallar holatidagi o'zgarishlar hamda yutilish tezligi o'rtasidagi bog'liqlikni yangilaymiz.
Lazer va materiallar o'rtasidagi o'zaro ta'sir natijasida modda holatidagi o'zgarishlar
Metall materiallarni lazer bilan qayta ishlash asosan fototermal effektlarni termal qayta ishlashga asoslangan. Lazer nurlanishi material yuzasiga qo'llanilganda, materialning sirt maydonida turli quvvat zichligida turli o'zgarishlar yuz beradi. Bu o'zgarishlar sirt haroratining ko'tarilishi, erish, bug'lanish, kalit teshiklarining hosil bo'lishi va plazma hosil bo'lishini o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, material sirt maydonining fizik holatidagi o'zgarishlar materialning lazerni yutishiga katta ta'sir qiladi. Quvvat zichligi va ta'sir qilish vaqtining oshishi bilan metall material quyidagi holatdagi o'zgarishlarga duch keladi:
Qachonkilazer kuchizichligi past (<10 ^ 4w/cm ^ 2) va nurlanish vaqti qisqa, metall tomonidan so'rilgan lazer energiyasi faqat materialning haroratini sirtdan ichkariga ko'tarilishiga olib kelishi mumkin, ammo qattiq faza o'zgarishsiz qoladi. U asosan qisman tavlash va fazaviy transformatsiyani qattiqlashtirish uchun ishlatiladi, asboblar, tishli g'ildiraklar va podshipniklar ko'pchilikni tashkil qiladi;
Lazer quvvat zichligining oshishi (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) va nurlanish vaqtining uzayishi bilan material yuzasi asta-sekin eriydi. Kirish energiyasi oshgani sayin, suyuqlik-qattiq sirt asta-sekin materialning chuqur qismiga qarab harakatlanadi. Bu fizik jarayon asosan metallarni sirtini qayta eritish, qotishmalash, qoplama va issiqlik o'tkazuvchanligini payvandlash uchun ishlatiladi.
Quvvat zichligini yanada oshirish (>10 ^ 6w/cm ^ 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'planib, plazma hosil qilish uchun kuchsiz ionlashadi. Bu yupqa plazma materialga lazerni yutishda yordam beradi; Bug'lanish va kengayish bosimi ostida suyuq sirt deformatsiyalanadi va chuqurchalar hosil qiladi. Bu bosqich lazer bilan payvandlash uchun, odatda 0,5 mm ichidagi mikro ulanishlarni birlashtiruvchi issiqlik o'tkazuvchanligi bilan payvandlashda ishlatilishi mumkin.
Quvvat zichligini yanada oshirish (>10 ^ 7w/cm ^ 2) va nurlanish vaqtini uzaytirish orqali material yuzasi kuchli bug'lanishga uchraydi va yuqori ionlanish darajasiga ega plazma hosil qiladi. Bu zich plazma lazerga himoya ta'sir ko'rsatadi va materialga tushadigan lazerning energiya zichligini sezilarli darajada kamaytiradi. Shu bilan birga, katta bug 'reaktsiya kuchi ostida erigan metall ichida kichik teshiklar, odatda kalit teshiklari deb nomlanuvchi, hosil bo'ladi. Kalit teshiklarining mavjudligi materialning lazerni yutishi uchun foydalidir va bu bosqich lazer bilan chuqur eritish payvandlash, kesish va burg'ulash, zarba bilan qattiqlashish va boshqalar uchun ishlatilishi mumkin.
Turli sharoitlarda, turli metall materiallarga lazer nurlanishining turli to'lqin uzunliklari har bir bosqichda quvvat zichligining o'ziga xos qiymatlariga olib keladi.
Lazerning materiallar tomonidan yutilishiga kelsak, materiallarning bug'lanishi chegara hisoblanadi. Material qattiq yoki suyuq fazada bug'lanishga uchramaganida, uning lazerning yutilishi sirt harorati oshishi bilan faqat sekin o'zgaradi; Material bug'lanib, plazma va kalit teshiklarini hosil qilgandan so'ng, materialning lazerning yutilishi to'satdan o'zgaradi.
2-rasmda ko'rsatilganidek, lazer payvandlash paytida material yuzasida lazerning yutilish tezligi lazer quvvat zichligi va material sirt haroratiga qarab o'zgaradi. Material erimaganda, materialning lazerga yutilish tezligi material sirt harorati oshishi bilan asta-sekin oshadi. Quvvat zichligi (10 ^ 6w/sm ^ 2) dan katta bo'lganda, material kuchli bug'lanib, kalit teshigini hosil qiladi. Lazer kalit teshigiga bir nechta aks ettirish va yutilish uchun kiradi, natijada materialning lazerga yutilish tezligi sezilarli darajada oshadi va erish chuqurligi sezilarli darajada oshadi.
Metall materiallar tomonidan lazerning yutilishi - to'lqin uzunligi
Yuqoridagi rasmda xona haroratida keng tarqalgan ishlatiladigan metallarning aks ettirish qobiliyati, yutilish qobiliyati va to'lqin uzunligi o'rtasidagi bog'liqlik egri chizig'i ko'rsatilgan. Infraqizil mintaqada yutilish tezligi pasayadi va aks ettirish qobiliyati to'lqin uzunligining oshishi bilan ortadi. Ko'pgina metallar 10,6 um (CO2) to'lqin uzunligidagi infraqizil nurni kuchli aks ettiradi, 1,06 um (1060 nm) to'lqin uzunligidagi infraqizil nurni esa kuchsiz aks ettiradi. Metall materiallar ko'k va yashil nur kabi qisqa to'lqin uzunligidagi lazerlar uchun yuqori yutilish tezligiga ega.
Metall materiallar tomonidan lazerning yutilishi – material harorati va lazer energiyasining zichligi
Misol tariqasida alyuminiy qotishmasini olaylik, material qattiq bo'lganda, lazerning yutilish darajasi taxminan 5-7% ni tashkil qiladi, suyuqlikning yutilish darajasi 25-35% gacha va kalit teshigi holatida 90% dan ortiqqa yetishi mumkin.
Materialning lazerga singdirish tezligi harorat oshishi bilan ortadi. Xona haroratida metall materiallarning singdirish tezligi juda past. Harorat erish nuqtasiga yaqinlashganda, uning singdirish darajasi 40% ~ 60% ga yetishi mumkin. Agar harorat qaynash nuqtasiga yaqin bo'lsa, uning singdirish darajasi 90% gacha yetishi mumkin.
Metall materiallar tomonidan lazerning yutilishi - sirt holati
An'anaviy yutilish tezligi silliq metall sirt yordamida o'lchanadi, ammo lazerli isitishning amaliy qo'llanmalarida, yuqori aks ettirish natijasida yuzaga keladigan noto'g'ri lehimlanishning oldini olish uchun odatda ma'lum yuqori aks ettiruvchi materiallarning (alyuminiy, mis) yutilish tezligini oshirish kerak;
Quyidagi usullardan foydalanish mumkin:
1. Lazerning aks ettirish qobiliyatini yaxshilash uchun tegishli sirtni oldindan ishlov berish jarayonlarini qo'llash: prototip oksidlanishi, qum bilan tozalash, lazer bilan tozalash, nikel qoplamasi, qalay qoplamasi, grafit qoplamasi va boshqalar bularning barchasi materialning lazerning yutilish tezligini oshirishi mumkin;
Yadro material yuzasining pürüzlülüğünü oshirishdan iborat (bu bir nechta lazer aks ettirish va yutilishga yordam beradi), shuningdek, yuqori yutilish tezligiga ega qoplama materialini oshirishdan iborat. Lazer energiyasini yutish va uni yuqori yutilish tezligiga ega materiallar orqali eritish va uchish orqali lazer issiqligi asosiy materialga uzatiladi, bu materialning yutilish tezligini oshirish va yuqori aks ettirish hodisasi tufayli yuzaga keladigan virtual payvandlashni kamaytirish imkonini beradi.
Nashr vaqti: 2023-yil 23-noyabr
