Лазер һәм материаллар арасындагы үзара бәйләнеш күп физик күренешләрне һәм үзенчәлекләрне үз эченә ала. Киләсе өч мәкаләдә хезмәттәшләргә лазер белән эретеп ябыштыру процессын ачыграк аңлату өчен лазер белән эретеп ябыштыру процессына кагылышлы өч төп физик күренеш тәкъдим ителәчәк.лазер белән эретеп ябыштыру процессы: лазерның сеңдерү тизлеге һәм халәт үзгәрүе, плазма һәм ачкыч тишеге эффекты дип бүленә. Бу юлы без лазер һәм материал халәтендәге үзгәрешләр һәм сеңдерү тизлеге арасындагы бәйләнешне яңартачакбыз.
Лазер һәм материаллар арасындагы үзара бәйләнеш нәтиҗәсендә матдә торышындагы үзгәрешләр
Металл материалларны лазер белән эшкәртү, нигездә, фототермик эффектларның термик эшкәртүенә нигезләнгән. Лазер нурланышы материал өслегенә кулланылганда, төрле куәт тыгызлыгында материалның өслек мәйданында төрле үзгәрешләр булачак. Бу үзгәрешләргә өслек температурасы күтәрелү, эрү, парга әйләнү, ачкыч тишекләре барлыкка килү һәм плазма барлыкка килү керә. Моннан тыш, материал өслеге мәйданының физик халәтендәге үзгәрешләр материалның лазерны сеңдерүенә зур йогынты ясый. Энергия тыгызлыгы һәм тәэсир итү вакыты арткан саен, металл материалның халәте түбәндәге үзгәрешләргә дучар булачак:
Кайчанлазер көчетыгызлыгы түбән (<10 ^ 4w/cm ^ 2) һәм нурландыру вакыты кыска, металл тарафыннан сеңдерелгән лазер энергиясе материалның температурасын өслектән эчкә күтәрүгә генә китерә ала, ләкин каты фаза үзгәрешсез кала. Ул, нигездә, өлешләрне яндыру һәм фаза трансформациясе белән катыру эшкәртү өчен кулланыла, кораллар, шестернялар һәм подшипниклар күпчелекне тәшкил итә;
Лазер көче тыгызлыгы арткан саен (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) һәм нурландыру вакыты озайган саен, материал өслеге әкренләп эри. Керү энергиясе арткан саен, сыеклык-каты матдәләр чикләре материалның тирән өлешенә таба әкренләп күчә. Бу физик процесс, нигездә, металлларны өслекне яңадан эретү, эретмә белән каплау, тышлау һәм җылылык үткәрүчәнлеген эретү өчен кулланыла.
Энергия тыгызлыгын тагын да арттыру (>10 ^ 6вт/см ^ 2) һәм лазер тәэсире вакытын озайту аша, материал өслеге эри генә түгел, ә парга әйләнә дә, һәм парга әйләнгән матдәләр материал өслеге янында җыела һәм зәгыйфь ионлашып плазма барлыкка китерә. Бу юка плазма материалга лазерны сеңдерергә ярдәм итә; Парга әйләнү һәм киңәю басымы астында сыек өслек деформацияләнә һәм чокырлар барлыкка китерә. Бу этапны лазер белән эретеп ябыштыру өчен кулланырга мөмкин, гадәттә 0,5 мм эчендәге микро тоташуларны җылылык үткәрүчәнлеге белән эретеп ябыштыруда.
Энергия тыгызлыгын тагын да арттыру (>10 ^ 7w/cm ^ 2) һәм нурландыру вакытын озайту аркасында, материал өслеге көчле парга әйләнә, югары ионлашу дәрәҗәсендәге плазма барлыкка килә. Бу тыгыз плазма лазерга экранлаштыручы йогынты ясый, материалга төшкән лазерның энергия тыгызлыгын сизелерлек киметә. Шул ук вакытта, зур пар реакциясе көче астында эрегән металл эчендә кечкенә тишекләр, гадәттә ачкыч тишекләре дип атала, барлыкка килә. Ачкыч тишекләренең булуы материалның лазерны сеңдерүе өчен файдалы, һәм бу этап лазер белән тирән эретеп эретү, кисү һәм бораулау, бәрү белән катыру һ.б. өчен кулланылырга мөмкин.
Төрле шартларда, төрле металл материалларга лазер нурланышының төрле дулкын озынлыклары һәр этапта көч тыгызлыгының билгеле бер кыйммәтләренә китерәчәк.
Лазерның материаллар тарафыннан сеңдерелүе ягыннан, материалларның парга әйләнүе чик булып тора. Материал парга әйләнмәгәндә, каты яки сыек фазада булсынмы, лазерның аның сеңдерүе өслек температурасы арткан саен әкрен генә үзгәрә; материал парга әйләнгәч һәм плазма һәм ачкыч тишекләре барлыкка китергәч, материалның лазерны сеңдерүе кинәт үзгәрә.
2 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, лазер белән эретеп ябыштыру вакытында материал өслегендә лазерның сеңү тизлеге лазер көче тыгызлыгына һәм материал өслеге температурасына бәйле. Материал эретелмәгәндә, материалның лазерга сеңү тизлеге материал өслеге температурасы арткан саен әкренләп арта. Көч тыгызлыгы (10 ^ 6 Вт/см ^ 2) тан зуррак булганда, материал көчле парга әйләнә, ачкыч тишеге барлыкка килә. Лазер ачкыч тишегенә күп тапкыр чагылышлар һәм сеңү өчен керә, нәтиҗәдә материалның лазерга сеңү тизлеге сизелерлек арта һәм эрү тирәнлеге сизелерлек арта.
Металл материаллар белән лазерны йоту - дулкын озынлыгы
Югарыдагы рәсемдә бүлмә температурасында еш кулланыла торган металларның чагылдыручанлыгы, сеңдерүчәнлеге һәм дулкын озынлыгы арасындагы бәйләнеш кәкресе күрсәтелгән. Инфракызыл өлкәдә сеңдерү тизлеге кими, ә чагылдыручанлыгы дулкын озынлыгы арткан саен арта. Күпчелек металлар 10,6 мкм (CO2) дулкын озынлыгындагы инфракызыл яктылыкны көчле чагылдыра, ә 1,06 мкм (1060 нм) дулкын озынлыгындагы инфракызыл яктылыкны зәгыйфь чагылдыра. Металл материаллар кыска дулкын озынлыгындагы лазерлар, мәсәлән, зәңгәр һәм яшел яктылык, өчен югарырак сеңдерү тизлегенә ия.
Металл материаллар тарафыннан лазерны йоту - материал температурасы һәм лазер энергиясе тыгызлыгы
Мисал өчен, алюминий эретмәсен алсак, материал каты булганда, лазерның сеңү дәрәҗәсе якынча 5-7% тәшкил итә, ә сыеклыкның сеңү дәрәҗәсе 25-35% ка кадәр җитә, ә ачкыч тишеге халәтендә ул 90% тан артыкка җитә ала.
Лазерга материалның сеңү тизлеге температура арткан саен арта. Бүлмә температурасында металл материалларның сеңү тизлеге бик түбән. Температура эрү температурасына якынайганда, аның сеңү тизлеге 40% ~ 60% ка җитәргә мөмкин. Әгәр температура кайнау температурасына якын булса, аның сеңү тизлеге 90% ка кадәр җитәргә мөмкин.
Металл материаллар белән лазерны сеңдерү - өслек торышы
Гадәти сеңдерү тизлеге шома металл өслек ярдәмендә үлчәнә, ләкин лазер белән җылытуның гамәли кулланылышларында, югары чагылыш аркасында килеп чыккан ялган паяулаудан саклану өчен, гадәттә, кайбер югары чагылышлы материалларның (алюминий, бакыр) сеңдерү тизлеген арттырырга кирәк;
Түбәндәге ысулларны кулланырга мөмкин:
1. Лазерның чагылышлылыгын яхшырту өчен тиешле өслек алдан эшкәртү процессларын куллану: прототипны оксидлаштыру, ком белән чистарту, лазер белән чистарту, никель белән каплау, калай белән каплау, графит белән каплау һ.б. - болар барысы да материалның лазерны сеңдерү тизлеген яхшырта ала;
Төп элемент материал өслегенең тупаслыгын арттырудан (бу күп тапкыр лазер чагылышына һәм сеңдерүгә ярдәм итә), шулай ук югары сеңдерү тизлеге белән каплау материалын арттырудан гыйбарәт. Лазер энергиясен сеңдерү һәм аны югары сеңдерү тизлеге белән материаллар аша эретү һәм очу юлы белән лазер җылылыгы төп материалга тапшырыла, бу материалның сеңдерү тизлеген яхшырта һәм югары чагылыш күренеше аркасында килеп чыккан виртуаль эретеп ябыштыруны киметә.
Бастырып чыгару вакыты: 2023 елның 23 ноябре
