L-interazzjoni bejn il-lejżer u l-materjali tinvolvi ħafna fenomeni u karatteristiċi fiżiċi. It-tliet artikli li ġejjin se jintroduċu t-tliet fenomeni fiżiċi ewlenin relatati mal-proċess tal-iwweldjar bil-lejżer sabiex jipprovdu lill-kollegi fehim aktar ċar ta' dan.proċess tal-iwweldjar bil-lejżer: maqsum f'rata ta' assorbiment tal-lejżer u bidliet fl-istat, plażma u effett keyhole. Din id-darba, se naġġornaw ir-relazzjoni bejn il-bidliet fl-istat tal-lejżer u l-materjali u r-rata ta' assorbiment.
Bidliet fl-istat tal-materja kkawżati mill-interazzjoni bejn il-lejżer u l-materjali
L-ipproċessar bil-lejżer ta' materjali tal-metall huwa prinċipalment ibbażat fuq l-ipproċessar termali tal-effetti fototermali. Meta l-irradjazzjoni bil-lejżer tiġi applikata fuq il-wiċċ tal-materjal, iseħħu diversi bidliet fl-erja tal-wiċċ tal-materjal b'densitajiet ta' qawwa differenti. Dawn il-bidliet jinkludu żieda fit-temperatura tal-wiċċ, tidwib, vaporizzazzjoni, formazzjoni ta' toqob taċ-ċavetta, u ġenerazzjoni tal-plażma. Barra minn hekk, il-bidliet fl-istat fiżiku tal-erja tal-wiċċ tal-materjal jaffettwaw ħafna l-assorbiment tal-lejżer mill-materjal. Biż-żieda tad-densità tal-qawwa u l-ħin ta' azzjoni, il-materjal tal-metall jgħaddi mill-bidliet li ġejjin fl-istat:
Meta l-qawwa tal-lejżerId-densità hija baxxa (<10 ^ 4w/cm ^ 2) u l-ħin ta' irradjazzjoni huwa qasir, l-enerġija tal-lejżer assorbita mill-metall tista' biss tikkawża li t-temperatura tal-materjal titla' mill-wiċċ għal ġewwa, iżda l-fażi solida tibqa' l-istess. Jintuża prinċipalment għat-trattament ta' ttemprar ta' partijiet u t-tisħiħ tat-trasformazzjoni tal-fażi, bl-għodda, l-irkaptu u l-bearings ikunu 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-interfaċċja likwidu-solidu timxi gradwalment lejn il-parti l-aktar fonda tal-materjal. Dan il-proċess fiżiku jintuża prinċipalment għat-tidwib mill-ġdid tal-wiċċ, l-iwweldjar tal-liga, il-kisi, u l-iwweldjar tal-konduttività termali tal-metalli.
Billi żżid aktar id-densità tal-qawwa (>10 ^ 6w/cm ^ 2) u ttawwal il-ħin tal-azzjoni tal-lejżer, il-wiċċ tal-materjal mhux biss idub iżda wkoll jivvaporizza, u s-sustanzi vaporizzati jinġabru ħdejn il-wiċċ tal-materjal u jonizzaw dgħajjef biex jiffurmaw plażma. Din il-plażma rqiqa tgħin lill-materjal jassorbi l-lejżer; Taħt il-pressjoni tal-vaporizzazzjoni u l-espansjoni, il-wiċċ tal-likwidu jiddeforma u jifforma ħofor. Dan l-istadju jista' jintuża għall-iwweldjar bil-lejżer, ġeneralment fl-iwweldjar b'konduttività termali ta' splicing ta' mikrokonnessjonijiet fi żmien 0.5mm.
Billi żżid aktar id-densità tal-qawwa (>10 ^ 7w/cm ^ 2) u tittawwal il-ħin tal-irradjazzjoni, il-wiċċ tal-materjal jgħaddi minn vaporizzazzjoni qawwija, u tifforma plażma b'grad għoli ta' jonizzazzjoni. Din il-plażma densa għandha effett ta' lqugħ fuq il-lejżer, u tnaqqas ħafna d-densità tal-enerġija tal-lejżer inċidentali fil-materjal. Fl-istess ħin, taħt forza kbira ta' reazzjoni tal-fwar, jiġu ffurmati toqob żgħar, komunement magħrufa bħala keyholes, ġewwa l-metall imdewweb. L-eżistenza ta' keyholes hija ta' benefiċċju biex il-materjal jassorbi l-lejżer, u dan l-istadju jista' jintuża għall-iwweldjar bil-fużjoni fil-fond bil-lejżer, qtugħ u tħaffir, twebbis tal-impatt, eċċ.
Taħt kundizzjonijiet differenti, tulijiet ta' mewġ differenti ta' irradjazzjoni bil-lejżer fuq materjali tal-metall differenti jirriżultaw f'valuri speċifiċi ta' densità tal-qawwa f'kull stadju.
F'termini tal-assorbiment tal-lejżer mill-materjali, il-vaporizzazzjoni tal-materjali hija limitu. Meta l-materjal ma jgħaddix minn vaporizzazzjoni, kemm jekk fil-fażi solida kif ukoll f'dik likwida, l-assorbiment tal-lejżer tiegħu jinbidel bil-mod biss biż-żieda tat-temperatura tal-wiċċ; Ladarba l-materjal jivvaporizza u jifforma plażma u toqob taċ-ċwievet, l-assorbiment tal-lejżer tal-materjal 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 jkunx imdewweb, ir-rata ta' assorbiment tal-materjal għal-lejżer tiżdied bil-mod biż-żieda tat-temperatura tal-wiċċ tal-materjal. Meta d-densità tal-qawwa tkun akbar minn (10 ^ 6w/cm ^ 2), il-materjal jivvaporizza b'mod vjolenti, u jifforma toqba taċ-ċavetta. Il-lejżer jidħol fit-toqba taċ-ċavetta għal riflessjonijiet u assorbiment multipli, li jirriżulta f'żieda sinifikanti fir-rata ta' assorbiment tal-materjal għal-lejżer u żieda sinifikanti fil-fond tat-tidwib.
Assorbiment tal-Laser minn Materjali tal-Metall – Tul ta' Wavelength
Il-figura ta' hawn fuq turi l-kurva tar-relazzjoni bejn ir-riflettività, l-assorbenza, u t-tul tal-mewġa tal-metalli użati b'mod komuni f'temperatura tal-kamra. Fir-reġjun tal-infra-aħmar, ir-rata ta' assorbiment tonqos u r-riflettività tiżdied biż-żieda tat-tul tal-mewġa. Il-biċċa l-kbira tal-metalli jirriflettu b'mod qawwi d-dawl infra-aħmar b'tul ta' mewġa ta' 10.6um (CO2) filwaqt li jirriflettu b'mod dgħajjef id-dawl infra-aħmar b'tul ta' mewġa ta' 1.06um (1060nm). Il-materjali tal-metall għandhom rati ta' assorbiment ogħla għal lejżers b'tul ta' mewġa qasir, bħad-dawl blu u aħdar.
Assorbiment tal-Laser minn Materjali tal-Metall – Temperatura tal-Materjal u Densità tal-Enerġija tal-Laser
Bħala eżempju, meta l-materjal ikun solidu, ir-rata ta' assorbiment tal-lejżer hija madwar 5-7%, ir-rata ta' assorbiment tal-likwidu hija sa 25-35%, u tista' tilħaq aktar minn 90% fl-istat tat-toqba taċ-ċavetta.
Ir-rata ta' assorbiment tal-materjal għal-lejżer tiżdied biż-żieda fit-temperatura. Ir-rata ta' assorbiment tal-materjali tal-metall f'temperatura tal-kamra hija baxxa ħafna. Meta t-temperatura titla' 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 b'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 tittejjeb ir-riflettività tal-lejżer: l-ossidazzjoni tal-prototipi, l-ibblastjar bir-ramel, it-tindif bil-lejżer, il-kisi bin-nikil, il-kisi bil-landa, il-kisi tal-grafita, eċċ. jistgħu kollha 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-lejżer), kif ukoll li żżid il-materjal tal-kisi b'rata għolja ta' assorbiment. Billi tassorbi l-enerġija tal-lejżer u ddubha u volatilizzaha permezz ta' materjali b'rata għolja ta' assorbiment, is-sħana tal-lejżer tiġi trażmessa lill-materjal bażi biex ittejjeb ir-rata ta' assorbiment tal-materjal u tnaqqas l-iwweldjar virtwali kkawżat mill-fenomenu ta' riflessjoni għolja.
Ħin tal-posta: 23 ta' Novembru 2023
