De ynteraksje tusken laser en materialen omfettet in protte fysike ferskynsels en skaaimerken. De folgjende trije artikels sille de trije wichtichste fysike ferskynsels yntrodusearje dy't relatearre binne oan it laserlasproses om kollega's in dúdliker begryp te jaan fan 'elaserlasproses: ferdield yn laser-absorpsjesnelheid en feroarings yn steat, plasma en kaaisgateffekt. Dizze kear sille wy de relaasje tusken feroarings yn steat fan laser en materialen en absorpsjesnelheid bywurkje.
Feroarings yn 'e steat fan matearje feroarsake troch de ynteraksje tusken laser en materialen
De laserferwurking fan metalen materialen is benammen basearre op de termyske ferwurking fan fototermyske effekten. As laserbestraling tapast wurdt op it oerflak fan it materiaal, sille ferskate feroarings foarkomme yn it oerflak fan it materiaal by ferskate krêftdichtheden. Dizze feroarings omfetsje oerflaktemperatuerferheging, smelten, ferdamping, kaaisgatfoarming en plasmageneraasje. Boppedat beynfloedzje de feroarings yn 'e fysike steat fan it oerflak fan it materiaal de absorpsje fan laser troch it materiaal sterk. Mei de tanimming fan krêftdichtheid en aksjetiid sil it metalen materiaal de folgjende feroarings yn steat ûndergean:
Doe't delaserkrêftDe tichtheid is leech (<10 ^ 4w/cm ^ 2) en de bestralingstiid is koart, de laserenerzjy dy't troch it metaal opnommen wurdt, kin allinich de temperatuer fan it materiaal fan it oerflak nei binnen ferheegje, mar de fêste faze bliuwt net feroare. It wurdt benammen brûkt foar ûnderdielgloeien en fazetransformaasjeferhurding, wêrby't ark, tandwielen en lagers it grutste part binne;
Mei de tanimming fan 'e laserkrêftdichtheid (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) en de ferlinging fan 'e bestralingstiid smelt it oerflak fan it materiaal stadichoan. As de ynfierenerzjy tanimt, beweecht de floeistof-fêste stof-ynterface stadichoan nei it djippe diel fan it materiaal. Dit fysike proses wurdt benammen brûkt foar it opnij smelten fan it oerflak, legearjen, bekleding en termysk geliedingslassen fan metalen.
Troch de krêfttichtens fierder te ferheegjen (>10 ^ 6w/cm ^ 2) en de laseraksjetiid te ferlingjen, smelt it materiaaloerflak net allinich, mar ferdampt it ek, en de ferdampte stoffen sammelje har tichtby it materiaaloerflak en ionisearje swak om in plasma te foarmjen. Dit tinne plasma helpt it materiaal de laser te absorbearjen; ûnder de druk fan ferdamping en útwreiding ferfoarmet it floeibere oerflak en foarmet putten. Dizze faze kin brûkt wurde foar laserlassen, meastal by it splitsen fan termyske geliedingslassen fan mikroferbiningen binnen 0,5 mm.
Troch de krêfttichtens fierder te ferheegjen (>10 ^ 7w/cm ^ 2) en de bestralingstiid te ferlingjen, ûndergiet it oerflak fan it materiaal in sterke ferdamping, wêrtroch in plasma mei in hege ionisaasjegraad ûntstiet. Dit tichte plasma hat in ôfskermjend effekt op 'e laser, wêrtroch't de enerzjytichtens fan 'e laser dy't yn it materiaal falt sterk ferminderet. Tagelyk, ûnder in grutte dampreaksjekrêft, wurde lytse gatten, algemien bekend as kaaisgatten, foarme yn it smelte metaal. It bestean fan kaaisgatten is foardielich foar it materiaal om laser te absorbearjen, en dizze faze kin brûkt wurde foar laserdjip fusielassen, snijden en boarjen, slagferhurding, ensfh.
Under ferskillende omstannichheden sille ferskillende golflingten fan laserbestraling op ferskillende metalen materialen resultearje yn spesifike wearden fan krêfttichtens yn elke faze.
Wat de absorpsje fan laser troch materialen oanbelanget, is de ferdamping fan materialen in grins. As it materiaal gjin ferdamping ûndergiet, of it no yn 'e fêste of floeibere faze is, feroaret de absorpsje fan laser allinich stadich mei de tanimming fan oerflaktemperatuer; Sadree't it materiaal ferdampt en plasma en kaaisgatten foarmet, sil de absorpsje fan laser troch it materiaal ynienen feroarje.
Lykas te sjen is yn figuer 2, fariëarret de absorpsjesnelheid fan laser op it materiaaloerflak by laserlassen mei de krêftdichtheid fan 'e laser en de oerflaktemperatuer fan it materiaal. As it materiaal net smolten is, nimt de absorpsjesnelheid fan it materiaal nei de laser stadichoan ta mei de tanimming fan 'e oerflaktemperatuer fan it materiaal. As de krêftdichtheid grutter is as (10 ^ 6w/cm ^ 2), ferdampt it materiaal mei geweld, wêrtroch't in kaaisgat ûntstiet. De laser komt it kaaisgat yn foar meardere refleksjes en absorpsje, wat resulteart yn in wichtige tanimming fan 'e absorpsjesnelheid fan it materiaal nei de laser en in wichtige tanimming fan 'e smeltdjipte.
Absorpsje fan laser troch metalen materialen - golflingte
De boppesteande figuer lit de relaasjekromme sjen tusken de reflektiviteit, absorbânsje en golflingte fan gewoan brûkte metalen by keamertemperatuer. Yn it ynfrareade gebiet nimt de absorpsjesnelheid ôf en de reflektiviteit nimt ta mei de tanimming fan 'e golflingte. De measte metalen reflektearje sterk ynfraread ljocht mei in golflingte fan 10,6 µm (CO2), wylst se swak ynfraread ljocht mei in golflingte fan 1,06 µm (1060 nm) reflektearje. Metalen materialen hawwe hegere absorpsjeraten foar lasers mei koarte golflingte, lykas blau en grien ljocht.
Absorpsje fan laser troch metalen materialen - Materiaaltemperatuer en laserenerzjydichtheid
As wy bygelyks in aluminiumlegering nimme, as it materiaal fêst is, is de laserabsorptionssnelheid sawat 5-7%, de floeistofabsorptionssnelheid oant 25-35%, en it kin mear as 90% berikke yn 'e kaaisgatsteat.
De absorpsjesnelheid fan it materiaal nei de laser nimt ta mei tanimmende temperatuer. De absorpsjesnelheid fan metalen materialen is by keamertemperatuer tige leech. As de temperatuer tichtby it smeltpunt komt, kin de absorpsjesnelheid 40% ~ 60% berikke. As de temperatuer tichtby it siedpunt is, kin de absorpsjesnelheid maksimaal 90% berikke.
Absorpsje fan laser troch metalen materialen - Oerflaktebetingsten
De konvinsjonele absorpsjesnelheid wurdt metten mei in glêd metalen oerflak, mar yn praktyske tapassingen fan laserferwaarming is it meastentiids needsaaklik om de absorpsjesnelheid fan bepaalde materialen mei hege refleksje (aluminium, koper) te ferheegjen om falsk soldering feroarsake troch hege refleksje te foarkommen;
De folgjende metoaden kinne brûkt wurde:
1. It oannimmen fan passende oerflakfoarbehannelingsprosessen om de reflektiviteit fan laser te ferbetterjen: prototype-oksidaasje, sânstralen, laserreiniging, nikkelplating, tinplating, grafytcoating, ensfh. kinne allegear de absorptionssnelheid fan it materiaal fan laser ferbetterje;
De kearn is om de rûchheid fan it materiaaloerflak te fergrutsjen (wat geunstich is foar meardere laserrefleksjes en absorpsje), en ek om it coatingmateriaal mei in hege absorpsjesnelheid te fergrutsjen. Troch it opnimmen fan laserenerzjy en it smelten en ferdampen troch materialen mei in hege absorpsjesnelheid, wurdt laserwaarmte oerdroegen oan it basismateriaal om de absorpsjesnelheid fan it materiaal te ferbetterjen en it firtuele lassen te ferminderjen dat feroarsake wurdt troch it hege refleksjefenomeen.
Pleatsingstiid: 23 novimber 2023
