L-interazzjoni bejn il-lejżer u l-materjali tinvolvi ħafna fenomeni fiżiċi u karatteristiċi. It-tliet artikoli li jmiss se jintroduċu t-tliet fenomeni fiżiċi ewlenin relatati mal-proċess tal-iwweldjar bil-lejżer sabiex jipprovdu lill-kollegi fehim aktar ċar tal-proċess tal-iwweldjar bil-lejżer: maqsum f'rata ta 'assorbiment tal-lejżer u bidliet fl-istat, plażma u effett keyhole. Din id-darba, aħna se taġġorna r-relazzjoni bejn il-bidliet fl-istat tal-laser u l-materjali u r-rata ta 'assorbiment.
Bidliet fl-istat tal-materja ikkawżati mill-interazzjoni bejn il-lejżer u l-materjali
L-ipproċessar bil-lejżer ta 'materjali tal-metall huwa prinċipalment ibbażat fuq l-ipproċessar termali ta' effetti fototermali. Meta l-irradjazzjoni bil-lejżer tiġi applikata fuq il-wiċċ tal-materjal, se jseħħu diversi bidliet fiż-żona tal-wiċċ tal-materjal f'densitajiet ta 'enerġija differenti. Dawn il-bidliet jinkludu żieda fit-temperatura tal-wiċċ, tidwib, vaporizzazzjoni, formazzjoni ta 'keyhole, u ġenerazzjoni tal-plażma. Barra minn hekk, il-bidliet fl-istat fiżiku tal-erja tal-wiċċ tal-materjal jaffettwaw ħafna l-assorbiment tal-lejżer tal-materjal. Biż-żieda tad-densità tal-qawwa u l-ħin ta 'azzjoni, il-materjal tal-metall se jgħaddi mill-bidliet li ġejjin fl-istat:
Meta l-qawwa tal-laserid-densità hija baxxa (<10 ^ 4w/cm ^ 2) u l-ħin ta 'irradjazzjoni huwa qasir, l-enerġija tal-laser assorbita mill-metall tista' tikkawża biss li t-temperatura tal-materjal titla 'mill-wiċċ għal ġewwa, iżda l-fażi solida tibqa' mhux mibdula . Huwa prinċipalment użat għall-ittemprar tal-parti u t-trattament tat-twebbis tat-trasformazzjoni tal-fażi, b'għodod, gerijiet u berings li jkunu l-maġġoranza;
Biż-żieda tad-densità tal-qawwa tal-lejżer (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) u t-titwil tal-ħin tal-irradjazzjoni, il-wiċċ tal-materjal idub gradwalment. Hekk kif l-enerġija tad-dħul tiżdied, l-interface likwidu-solidu timxi gradwalment lejn il-parti fil-fond tal-materjal. Dan il-proċess fiżiku jintuża prinċipalment għat-tidwib mill-ġdid tal-wiċċ, il-liga, il-kisi, u l-iwweldjar tal-konduttività termali tal-metalli.
Billi żżid aktar id-densità tal-qawwa (> 10 ^ 6w / ċm ^ 2) u tittawwal il-ħin ta 'azzjoni tal-lejżer, il-wiċċ tal-materjal mhux biss jiddewweb iżda wkoll jevaporizza, u s-sustanzi vaporizzati jinġabru ħdejn il-wiċċ tal-materjal u jonizzaw b'mod dgħajjef biex jiffurmaw plażma. Din il-plażma rqiqa tgħin lill-materjal jassorbi l-lejżer; Taħt il-pressjoni ta 'vaporizzazzjoni u espansjoni, il-wiċċ tal-likwidu jiddeforma u jifforma fosos. Dan l-istadju jista 'jintuża għall-iwweldjar bil-lejżer, ġeneralment fl-iwweldjar tal-konduttività termali ta' splicing ta 'konnessjonijiet mikro fi ħdan 0.5mm.
Billi żżid aktar id-densità tal-qawwa (> 10 ^ 7w / ċm ^ 2) u ttawwal il-ħin tal-irradjazzjoni, il-wiċċ tal-materjal jgħaddi minn vaporizzazzjoni qawwija, li tifforma plażma bi grad għoli ta 'jonizzazzjoni. Din il-plażma densa għandha effett ta 'ilqugħ fuq il-lejżer, u tnaqqas ħafna d-densità tal-enerġija tal-inċident tal-lejżer fil-materjal. Fl-istess ħin, taħt forza kbira ta 'reazzjoni tal-fwar, toqob żgħar, komunement magħrufa bħala keyholes, huma ffurmati ġewwa l-metall imdewweb, L-eżistenza ta' keyholes hija ta 'benefiċċju għall-materjal biex jassorbi l-lejżer, u dan l-istadju jista' jintuża għal fużjoni fil-fond tal-laser iwweldjar, qtugħ u tħaffir, ebusija tal-impatt, eċċ.
Taħt kundizzjonijiet differenti, wavelengths differenti ta 'irradjazzjoni bil-lejżer fuq materjali differenti tal-metall se jirriżultaw f'valuri speċifiċi ta' densità ta 'qawwa f'kull stadju.
F'termini ta 'l-assorbiment tal-lejżer mill-materjali, il-vaporizzazzjoni tal-materjali hija limitu. Meta l-materjal ma jgħaddix minn vaporizzazzjoni, kemm jekk fil-fażi solida jew likwida, l-assorbiment tiegħu tal-lejżer jinbidel biss bil-mod maż-żieda tat-temperatura tal-wiċċ; Ladarba l-materjal vaporizes u jifforma plażma u keyholes, l-assorbiment tal-materjal tal-lejżer se jinbidel f'daqqa.
Kif muri fil-Figura 2, ir-rata ta 'assorbiment tal-lejżer fuq il-wiċċ tal-materjal waqt l-iwweldjar bil-lejżer tvarja skont id-densità tal-qawwa tal-lejżer u t-temperatura tal-wiċċ tal-materjal. Meta l-materjal ma jiġix imdewweb, ir-rata ta 'assorbiment tal-materjal għall-lejżer tiżdied bil-mod maż-żieda tat-temperatura tal-wiċċ tal-materjal. Meta d-densità tal-qawwa hija akbar minn (10 ^ 6w/cm ^ 2), il-materjal jivvaporizza b'mod vjolenti, u jifforma toqba tas-serratura. Il-lejżer jidħol fil-keyhole għal riflessjonijiet multipli u assorbiment, li jirriżulta f'żieda sinifikanti fir-rata ta 'assorbiment tal-materjal għall-laser u żieda sinifikanti fil-fond tat-tidwib.
Assorbiment tal-Laser minn Materjali tal-Metall - Tul tal-mewġ
Il-figura ta 'hawn fuq turi l-kurva tar-relazzjoni bejn ir-riflettività, l-assorbiment u t-tul tal-mewġ tal-metalli użati b'mod komuni f'temperatura tal-kamra. Fir-reġjun infra-aħmar, ir-rata ta 'assorbiment tonqos u r-riflettività tiżdied biż-żieda tal-wavelength. Il-biċċa l-kbira tal-metalli jirriflettu b'mod qawwi 10.6um (CO2) wavelength infrared dawl filwaqt li dgħajjef jirriflettu wavelength infrared 1.06um (1060nm). Materjali tal-metall għandhom rati ogħla ta 'assorbiment għal lejżers ta' wavelength qasir, bħal dawl blu u aħdar.
Assorbiment tal-Laser minn Materjali tal-Metall - Temperatura tal-Materjal u Densità tal-Enerġija tal-Laser
Meta tieħu liga ta 'l-aluminju bħala eżempju, meta l-materjal ikun solidu, ir-rata ta' assorbiment tal-lejżer hija ta 'madwar 5-7%, ir-rata ta' assorbiment tal-likwidu hija sa 25-35%, u tista 'tilħaq aktar minn 90% fl-istat keyhole.
Ir-rata ta 'assorbiment tal-materjal għall-lejżer tiżdied maż-żieda fit-temperatura. Ir-rata ta 'assorbiment ta' materjali tal-metall f'temperatura tal-kamra hija baxxa ħafna. Meta t-temperatura titla 'għal qrib il-punt tat-tidwib, ir-rata ta' assorbiment tagħha tista 'tilħaq 40% ~ 60%. Jekk it-temperatura tkun qrib il-punt tat-togħlija, ir-rata ta 'assorbiment tagħha tista' tilħaq sa 90%.
Assorbiment tal-Laser minn Materjali tal-Metall - Kundizzjoni tal-wiċċ
Ir-rata ta 'assorbiment konvenzjonali titkejjel bl-użu ta' wiċċ tal-metall lixx, iżda f'applikazzjonijiet prattiċi ta 'tisħin bil-lejżer, ġeneralment ikun meħtieġ li tiżdied ir-rata ta' assorbiment ta 'ċerti materjali ta' riflessjoni għolja (aluminju, ram) biex jiġi evitat issaldjar falz ikkawżat minn riflessjoni għolja;
Jistgħu jintużaw il-metodi li ġejjin:
1. L-adozzjoni ta 'proċessi xierqa ta' trattament minn qabel tal-wiċċ biex ittejjeb ir-riflettività tal-lejżer: ossidazzjoni prototip, sandblasting, tindif bil-lejżer, kisi tan-nikil, kisi tal-landa, kisi tal-grafita, eċċ kollha jistgħu jtejbu r-rata ta 'assorbiment tal-lejżer tal-materjal;
Il-qalba hija li żżid il-ħruxija tal-wiċċ tal-materjal (li twassal għal riflessjonijiet u assorbiment multipli tal-laser), kif ukoll biex iżid il-materjal tal-kisi b'rata ta 'assorbiment għolja. Billi tassorbi l-enerġija tal-laser u tidwib u volatilizzaha permezz ta 'materjali b'rata ta' assorbiment għolja, is-sħana tal-lejżer tiġi trażmessa lill-materjal bażi biex ittejjeb ir-rata ta 'assorbiment tal-materjal u tnaqqas l-iwweldjar virtwali kkawżat minn fenomenu ta' riflessjoni għolja.
Ħin tal-post: Nov-23-2023
