Ndërveprimi midis 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 ofrojnë kolegëve një kuptim më të qartë të...procesi i saldimit me lazer: i ndarë në shkallën e absorbimit të lazerit dhe ndryshimet në gjendje, plazmën dhe efektin e vrimës së çelësit. Këtë herë, do të përditësojmë marrëdhënien midis ndryshimeve në gjendjen e lazerit dhe materialeve dhe shkallës së absorbimit.
Ndryshimet në gjendjen e materies të shkaktuara nga bashkëveprimi midis lazerit dhe materialeve
Përpunimi me lazer i materialeve metalike bazohet kryesisht në përpunimin termik të efekteve fototermale. Kur rrezatimi me lazer aplikohet në sipërfaqen e materialit, do të ndodhin ndryshime të ndryshme në sipërfaqen e materialit në dendësi të ndryshme të fuqisë. Këto ndryshime përfshijnë rritjen e temperaturës së sipërfaqes, 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 thithjen e lazerit nga materiali. Me rritjen e dendësisë së fuqisë dhe kohës së veprimit, materiali metalik do të pësojë ndryshimet e mëposhtme në gjendje:
Kurfuqia e lazeritDendësia 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 me transformim fazor, ku shumica janë mjetet, ingranazhet dhe kushinetat;
Me rritjen e dendësisë së fuqisë së lazerit (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) dhe zgjatjen e kohës së rrezatimit, sipërfaqja e materialit shkrihet gradualisht. Ndërsa energjia hyrëse rritet, ndërfaqja lëng-solid lëviz gradualisht drejt pjesës së thellë të materialit. Ky proces fizik përdoret kryesisht për rishkrirjen sipërfaqësore, lidhjet, veshjen dhe saldimin me përçueshmëri termike të metaleve.
Duke rritur më tej dendësinë e fuqisë (>10 ^ 6w/cm ^ 2) dhe duke zgjatur kohën e veprimit të lazerit, sipërfaqja e materialit jo vetëm që 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 materialin të thithë lazerin; Nën presionin e avullimit dhe zgjerimit, sipërfaqja e lëngshme deformohet dhe formon gropa. Kjo fazë mund të përdoret për saldim me lazer, zakonisht në saldimin me përçueshmëri termike me bashkim të mikrolidhjeve brenda 0.5 mm.
Duke rritur më tej dendësinë 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 në lazer, duke zvogëluar shumë dendësinë e energjisë së lazerit që bie në material. Në të njëjtën kohë, nën një forcë të madhe reagimi të avullit, brenda metalit të shkrirë formohen vrima të vogla, të njohura zakonisht si vrima çelësi. Ekzistenca e vrimave çelësi është e dobishme që materiali të thithë lazerin, dhe kjo fazë mund të përdoret për saldim me shkrirje të thellë me lazer, prerje dhe shpime, forcim me impakte, etj.
Nën kushte të ndryshme, gjatësi vale të ndryshme të rrezatimit lazer në materiale të ndryshme metalike do të rezultojnë në vlera specifike të dendësisë së fuqisë në secilën fazë.
Për sa i përket thithjes së lazerit nga materialet, avullimi i materialeve është një kufi. Kur materiali nuk i nënshtrohet avullimit, qoftë në fazën e ngurtë apo të lëngët, thithja e lazerit ndryshon vetëm ngadalë me rritjen e temperaturës së sipërfaqes; Pasi materiali avullon dhe formon plazmë dhe vrima çelësi, thithja e lazerit nga materiali do të ndryshojë papritur.
Siç tregohet në Figurën 2, shkalla e thithjes së lazerit në sipërfaqen e materialit gjatë saldimit me lazer ndryshon me dendësinë e fuqisë së lazerit dhe temperaturën e sipërfaqes së materialit. Kur materiali nuk është shkrirë, shkalla e thithjes së materialit në lazer rritet ngadalë me rritjen e temperaturës së sipërfaqes së materialit. Kur dendësia e fuqisë është më e madhe se (10 ^ 6w/cm ^ 2), materiali avullon me dhunë, duke formuar një vrimë çelësi. Lazeri hyn në vrimë çelësi për reflektime dhe thithje të shumëfishta, duke rezultuar në një rritje të konsiderueshme të shkallës së thithjes së materialit në lazer dhe një rritje të konsiderueshme të thellësisë së shkrirjes.
Thithja e Lazerit nga Materialet Metalike – Gjatësia e Valës
Figura e mësipërme tregon kurbën e marrëdhënies midis reflektivitetit, absorbimit dhe gjatësisë së valës së metaleve të përdorura zakonisht në temperaturën e dhomës. Në rajonin infra të kuq, shkalla e absorbimit zvogëlohet dhe reflektiviteti 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 larta absorbimi për lazerët me gjatësi vale të shkurtra, siç janë drita blu dhe jeshile.
Thithja e Lazerit nga Materialet Metalike - Temperatura e Materialit dhe Dendësia e Energjisë së Lazerit
Duke marrë si shembull lidhjen e aluminit, kur materiali është i ngurtë, shkalla e thithjes 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 absorbimit të materialit ndaj lazerit rritet me rritjen e temperaturës. Shkalla e absorbimit të materialeve metalike në temperaturë ambienti është shumë e ulët. Kur temperatura rritet afër pikës së shkrirjes, shkalla e absorbimit mund të arrijë 40%~60%. Nëse temperatura është afër pikës së vlimit, shkalla e absorbimit mund të arrijë deri në 90%.
Thithja e Lazerit nga Materialet Metalike - Gjendja e Sipërfaqes
Shkalla konvencionale e absorbimit matet duke përdorur një sipërfaqe të lëmuar metalike, por në aplikimet praktike të ngrohjes me lazer, zakonisht është e nevojshme të rritet shkalla e absorbimit të 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. Zbatimi i proceseve të përshtatshme të para-trajtimit sipërfaqësor për të përmirësuar reflektivitetin e lazerit: oksidimi i prototipit, pastrimi me rërë, pastrimi me lazer, veshja me nikeli, veshja me kallaj, veshja me grafit etj., të gjitha mund të përmirësojnë shkallën e përthithjes së lazerit nga materiali;
Bërthama synon rritjen e ashpërsisë së sipërfaqes së materialit (gjë që favorizon reflektimet dhe thithjen e shumëfishtë të lazerit), si dhe rritjen e materialit të veshjes me shkallë të lartë thithjeje. Duke thithur energjinë e lazerit dhe duke e shkrirë e avulluar atë përmes materialeve me shkallë të lartë thithjeje, nxehtësia e lazerit transmetohet në materialin bazë për të përmirësuar shkallën e thithjes së materialit dhe për të zvogëluar saldimin virtual të shkaktuar nga fenomeni i reflektimit të lartë.
Koha e postimit: 23 nëntor 2023
