Ndërveprimi ndërmjet lazerit dhe materialeve përfshin shumë fenomene dhe karakteristika fizike. Tre artikujt e ardhshëm do të prezantojnë tre fenomenet kryesore fizike që lidhen me procesin e saldimit me lazer në mënyrë që t'u ofrojë kolegëve një kuptim më të qartë tëprocesi i saldimit me lazer: ndahet në shkallën e përthithjes së lazerit dhe ndryshimet në gjendjen, efektin e plazmës dhe të vrimës së çelësit. Këtë herë, ne do të përditësojmë lidhjen midis ndryshimeve në gjendjen e lazerit dhe materialeve dhe shkallës së përthithjes.
Ndryshimet në gjendjen e materies të shkaktuara nga ndërveprimi ndërmjet lazerit dhe materialeve
Përpunimi me laser i materialeve metalike bazohet kryesisht në përpunimin termik të efekteve fototermale. Kur rrezatimi lazer aplikohet në sipërfaqen e materialit, do të ndodhin ndryshime të ndryshme në sipërfaqen e materialit me densitet të ndryshëm fuqie. Këto ndryshime përfshijnë rritjen e temperaturës sipërfaqësore, shkrirjen, avullimin, formimin e vrimës së çelësit dhe gjenerimin e plazmës. Për më tepër, ndryshimet në gjendjen fizike të sipërfaqes së materialit ndikojnë shumë në përthithjen e lazerit nga materiali. Me rritjen e densitetit të fuqisë dhe kohës së veprimit, materiali metalik do të pësojë ndryshimet e mëposhtme në gjendje:
Kur tëfuqi lazerdendësia është e ulët (<10 ^ 4w/cm ^ 2) dhe koha e rrezatimit është e shkurtër, energjia e lazerit e absorbuar nga metali mund të shkaktojë vetëm rritjen e temperaturës së materialit nga sipërfaqja në brendësi, por faza e ngurtë mbetet e pandryshuar . Përdoret kryesisht për pjekjen e pjesëve dhe trajtimin e forcimit të transformimit fazor, me veglat, ingranazhet dhe kushinetat që janë shumica;
Me rritjen e densitetit të fuqisë lazer (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) dhe zgjatjen e kohës së rrezatimit, sipërfaqja e materialit shkrihet gradualisht. Ndërsa energjia hyrëse rritet, ndërfaqja lëng-ngurtë lëviz gradualisht drejt pjesës së thellë të materialit. Ky proces fizik përdoret kryesisht për rishkrirjen sipërfaqësore, lidhjen, veshjen dhe saldimin me përçueshmëri termike të metaleve.
Duke rritur më tej densitetin e fuqisë (>10 ^ 6w/cm ^ 2) dhe duke zgjatur kohën e veprimit të lazerit, sipërfaqja e materialit jo vetëm shkrihet, por edhe avullohet, dhe substancat e avulluara mblidhen pranë sipërfaqes së materialit dhe jonizohen dobët për të formuar një plazmë. Kjo plazmë e hollë ndihmon që materiali të thithë lazerin; Nën presionin e avullimit dhe zgjerimit, sipërfaqja e lëngshme deformohet dhe formon gropa. Kjo fazë mund të përdoret për saldimin me lazer, zakonisht në saldimin me përçueshmëri termike të bashkimit të lidhjeve mikro brenda 0.5 mm.
Duke rritur më tej densitetin e fuqisë (>10 ^ 7w/cm ^ 2) dhe duke zgjatur kohën e rrezatimit, sipërfaqja e materialit i nënshtrohet avullimit të fortë, duke formuar një plazmë me shkallë të lartë jonizimi. Kjo plazmë e dendur ka një efekt mbrojtës mbi lazerin, duke reduktuar në masë të madhe densitetin e energjisë së lazerit që ka rënë në material. Në të njëjtën kohë, nën një forcë të madhe reaksioni të avullit, brenda metalit të shkrirë krijohen vrima të vogla, të njohura zakonisht si vrima çelësi, Ekzistenca e vrimave të çelësave është e dobishme që materiali të thithë lazerin dhe kjo fazë mund të përdoret për shkrirjen e thellë me lazer. saldimi, prerja dhe shpimi, forcimi me goditje etj.
Në kushte të ndryshme, gjatësi vale të ndryshme të rrezatimit lazer në materiale të ndryshme metalike do të rezultojnë në vlera specifike të densitetit të fuqisë në çdo fazë.
Për sa i përket përthithjes së lazerit nga materialet, avullimi i materialeve është një kufi. Kur materiali nuk i nënshtrohet avullimit, qoftë në fazën e ngurtë apo të lëngshme, thithja e tij e lazerit ndryshon ngadalë me rritjen e temperaturës së sipërfaqes; Sapo materiali të avullojë dhe të formojë plazmën dhe vrimat e çelësit, përthithja e lazerit nga materiali do të ndryshojë papritmas.
Siç tregohet në figurën 2, shkalla e përthithjes së lazerit në sipërfaqen e materialit gjatë saldimit me lazer ndryshon me densitetin e fuqisë lazer dhe temperaturën e sipërfaqes së materialit. Kur materiali nuk shkrihet, shkalla e përthithjes së materialit në lazer rritet ngadalë me rritjen e temperaturës së sipërfaqes së materialit. Kur densiteti i fuqisë është më i madh se (10 ^ 6w/cm ^ 2), materiali avullohet me dhunë, duke formuar një vrimë çelësi. Lazeri hyn në vrimën e çelësit për reflektime dhe përthithje të shumta, duke rezultuar në një rritje të ndjeshme të shkallës së përthithjes së materialit në lazer dhe një rritje të konsiderueshme në thellësinë e shkrirjes.
Thithja e lazerit nga materialet metalike – Gjatësia e valës
Figura e mësipërme tregon lakoren e marrëdhënies midis reflektimit, absorbimit dhe gjatësisë së valës së metaleve të përdorura zakonisht në temperaturën e dhomës. Në rajonin infra të kuqe, shpejtësia e përthithjes zvogëlohet dhe reflektueshmëria rritet me rritjen e gjatësisë së valës. Shumica e metaleve reflektojnë fuqishëm dritën infra të kuqe me gjatësi vale 10.6um (CO2) ndërsa reflektojnë dobët dritën infra të kuqe me gjatësi vale 1.06um (1060nm). Materialet metalike kanë shkallë më të lartë përthithjeje për lazerët me gjatësi vale të shkurtër, si drita blu dhe jeshile.
Thithja e lazerit nga materialet metalike - Temperatura e materialit dhe dendësia e energjisë lazer
Duke marrë si shembull aliazhin e aluminit, kur materiali është i ngurtë, shkalla e përthithjes së lazerit është rreth 5-7%, shkalla e thithjes së lëngut është deri në 25-35%, dhe mund të arrijë mbi 90% në gjendjen e vrimës së çelësit.
Shkalla e përthithjes së materialit në lazer rritet me rritjen e temperaturës. Shkalla e përthithjes së materialeve metalike në temperaturën e dhomës është shumë e ulët. Kur temperatura rritet afër pikës së shkrirjes, shkalla e përthithjes së saj mund të arrijë 40% ~ 60%. Nëse temperatura është afër pikës së vlimit, shkalla e përthithjes së saj mund të arrijë deri në 90%.
Thithja e lazerit nga materialet metalike – Gjendja e sipërfaqes
Shkalla e përthithjes konvencionale matet duke përdorur një sipërfaqe metalike të lëmuar, por në aplikimet praktike të ngrohjes me lazer, zakonisht është e nevojshme të rritet shkalla e përthithjes së disa materialeve me reflektim të lartë (alumini, bakri) për të shmangur bashkimin e rremë të shkaktuar nga reflektimi i lartë;
Mund të përdoren metodat e mëposhtme:
1. Miratimi i proceseve të përshtatshme të para-trajtimit të sipërfaqes për të përmirësuar reflektueshmërinë e lazerit: oksidimi i prototipit, spërkatja me rërë, pastrimi me lazer, shtrimi i nikelit, shtrimi me kallaj, veshja me grafit, etj. mund të përmirësojnë shkallën e përthithjes së lazerit nga materiali;
Bërthama është rritja e vrazhdësisë së sipërfaqes së materialit (e cila është e favorshme për reflektime dhe përthithje të shumëfishta lazer), si dhe për të rritur materialin e veshjes me shkallë të lartë përthithjeje. Duke thithur energjinë lazer dhe duke e shkrirë dhe avulluar atë përmes materialeve me shkallë të lartë përthithjeje, nxehtësia lazer transmetohet në materialin bazë për të përmirësuar shkallën e përthithjes së materialit dhe për të zvogëluar saldimin virtual të shkaktuar nga fenomeni i reflektimit të lartë.
Koha e postimit: Nëntor-23-2023
