Интеракцијата помеѓу ласерот и материјалите вклучува многу физички феномени и карактеристики. Следните три статии ќе ги воведат трите клучни физички феномени поврзани со процесот на ласерско заварување со цел да им овозможат на колегите појасно разбирање напроцес на ласерско заварување: поделена на стапка на ласерска апсорпција и промени во состојбата, плазма и ефект на клучалката. Овој пат, ќе ја ажурираме врската помеѓу промените во состојбата на ласерот и материјалите и стапката на апсорпција.
Промени во состојбата на материјата предизвикани од интеракцијата помеѓу ласерот и материјалите
Ласерската обработка на метални материјали главно се заснова на термичка обработка на фототермални ефекти. Кога се нанесува ласерско зрачење на површината на материјалот, ќе се појават различни промени во површината на материјалот при различни густини на моќност. Овие промени вклучуваат пораст на температурата на површината, топење, испарување, формирање на клучалката и создавање плазма. Покрај тоа, промените во физичката состојба на површината на материјалот во голема мера влијаат на апсорпцијата на ласерот од материјалот. Со зголемување на густината на моќноста и времето на дејство, металниот материјал ќе ги претрпи следните промени во состојбата:
Кога наласерска моќностгустината е мала (<10 ^ 4 w/cm ^ 2) и времето на зрачење е кратко, ласерската енергија апсорбирана од металот може да предизвика само зголемување на температурата на материјалот од површината кон внатре, но цврстата фаза останува непроменета . Главно се користи за делумно жарење и третман за стврднување со фазна трансформација, при што најголем дел се алатите, запчаниците и лежиштата;
Со зголемување на густината на ласерската моќност (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) и со продолжување на времето на зрачење, површината на материјалот постепено се топи. Како што се зголемува влезната енергија, интерфејсот течност-цврста постепено се движи кон длабокиот дел од материјалот. Овој физички процес главно се користи за површинско повторно топење, легирање, обложување и заварување со топлинска спроводливост на метали.
Со дополнително зголемување на густината на моќноста (>10 ^ 6w/cm ^ 2) и продолжување на времето на дејство на ласерот, површината на материјалот не само што се топи, туку и испарува, а испаруваните материи се собираат во близина на површината на материјалот и слабо јонизираат за да формираат плазма. Оваа тенка плазма му помага на материјалот да го апсорбира ласерот; Под притисок на испарување и проширување, површината на течноста се деформира и формира јами. Оваа фаза може да се користи за ласерско заварување, обично при заварување со топлинска спроводливост со спојување на микро врски во рамките на 0,5 mm.
Со дополнително зголемување на густината на моќноста (>10 ^ 7w/cm ^ 2) и продолжување на времето на зрачење, површината на материјалот претрпува силно испарување, формирајќи плазма со висок степен на јонизација. Оваа густа плазма има заштитен ефект врз ласерот, во голема мера ја намалува енергетската густина на ласерскиот инцидент во материјалот. Во исто време, под голема сила на реакција на пареа, во внатрешноста на стопениот метал се формираат мали дупки, попознати како клучалки. заварување, сечење и дупчење, ударно стврднување итн.
Под различни услови, различни бранови должини на ласерско зрачење на различни метални материјали ќе резултираат со специфични вредности на густината на моќноста во секоја фаза.
Во однос на апсорпцијата на ласерот од материјалите, испарувањето на материјалите е граница. Кога материјалот не подлежи на испарување, без разлика дали е во цврста или течна фаза, неговата апсорпција на ласерот бавно се менува со зголемувањето на температурата на површината; Штом материјалот ќе испари и ќе формира плазма и клучалки, апсорпцијата на ласерот на материјалот наеднаш ќе се промени.
Како што е прикажано на слика 2, стапката на апсорпција на ласерот на површината на материјалот за време на ласерското заварување варира со густината на ласерската моќност и температурата на површината на материјалот. Кога материјалот не се стопи, стапката на апсорпција на материјалот во ласерот полека се зголемува со зголемувањето на температурата на површината на материјалот. Кога густината на моќноста е поголема од (10 ^ 6w/cm ^ 2), материјалот насилно испарува, формирајќи клучалката. Ласерот влегува во клучалката за повеќекратни рефлексии и апсорпција, што резултира со значително зголемување на стапката на апсорпција на материјалот во ласерот и значително зголемување на длабочината на топење.
Апсорпција на ласер со метални материјали - бранова должина
Горенаведената слика ја покажува кривата на односот помеѓу рефлексивноста, апсорпцијата и брановата должина на најчесто користените метали на собна температура. Во инфрацрвениот регион, стапката на апсорпција се намалува, а рефлексивноста се зголемува со зголемувањето на брановата должина. Повеќето метали силно рефлектираат инфрацрвена светлина со бранова должина од 10,6 um (CO2), додека слабо рефлектираат инфрацрвена светлина со бранова должина од 1,06 м (1060 nm). Металните материјали имаат повисоки стапки на апсорпција за ласери со кратка бранова должина, како што се сината и зелената светлина.
Апсорпција на ласер од метални материјали - температура на материјалот и густина на ласерската енергија
Земајќи ја алуминиумската легура како пример, кога материјалот е цврст, стапката на апсорпција на ласерот е околу 5-7%, стапката на апсорпција на течност е до 25-35%, а може да достигне над 90% во состојба на клучалката.
Стапката на апсорпција на материјалот во ласерот се зголемува со зголемување на температурата. Стапката на апсорпција на метални материјали на собна температура е многу мала. Кога температурата се зголемува до блиску до точката на топење, нејзината стапка на апсорпција може да достигне 40% ~ 60%. Ако температурата е блиску до точката на вриење, нејзината стапка на апсорпција може да достигне и до 90%.
Апсорпција на ласер од метални материјали – состојба на површината
Конвенционалната стапка на апсорпција се мери со помош на мазна метална површина, но во практична примена на ласерско загревање, обично е неопходно да се зголеми стапката на апсорпција на одредени материјали со висока рефлексија (алуминиум, бакар) за да се избегне лажно лемење предизвикано од висока рефлексија;
Може да се користат следниве методи:
1. Усвојувањето соодветни процеси за пред-третман на површината за да се подобри рефлексивноста на ласерот: оксидација на прототип, пескарење, ласерско чистење, обложување со никел, калај, облога од графит, итн., сето тоа може да ја подобри стапката на апсорпција на ласерот на материјалот;
Јадрото е да се зголеми грубоста на површината на материјалот (што е погодно за повеќекратни ласерски рефлексии и апсорпција), како и да се зголеми материјалот за обложување со висока стапка на апсорпција. Со апсорпција на ласерската енергија и нејзино топење и испарување преку материјали со висока стапка на апсорпција, ласерската топлина се пренесува до основниот материјал за да се подобри стапката на апсорпција на материјалот и да се намали виртуелното заварување предизвикано од феноменот на висока рефлексија.
Време на објавување: 23-11-2023 година
