Die interaksie tussen laser en materiale behels baie fisiese verskynsels en kenmerke. Die volgende drie artikels sal die drie belangrikste fisiese verskynsels wat verband hou met lasersweisproses bekendstel ten einde kollegas 'n duideliker begrip van dielaser sweis proses: verdeel in laserabsorpsietempo en veranderinge in toestand, plasma en sleutelgat effek. Hierdie keer sal ons die verhouding tussen veranderinge in die toestand van laser en materiale en absorpsietempo opdateer.
Veranderinge in toestand van materie veroorsaak deur die interaksie tussen laser en materiale
Die laserverwerking van metaalmateriale is hoofsaaklik gebaseer op die termiese verwerking van fototermiese effekte. Wanneer laserbestraling op die materiaaloppervlak toegepas word, sal verskeie veranderinge in die oppervlakarea van die materiaal by verskillende drywingsdigthede plaasvind. Hierdie veranderinge sluit in oppervlaktemperatuurstyging, smelting, verdamping, sleutelgatvorming en plasmagenerering. Boonop beïnvloed die veranderinge in die fisiese toestand van die materiaaloppervlakte die materiaal se absorpsie van laser grootliks. Met die toename in kragdigtheid en aksietyd sal die metaalmateriaal die volgende toestandsveranderinge ondergaan:
Wanneer dielaser kragdigtheid laag is (<10 ^ 4w/cm ^ 2) en die bestralingstyd is kort, die laserenergie wat deur die metaal geabsorbeer word, kan slegs veroorsaak dat die temperatuur van die materiaal van die oppervlak na die binnekant styg, maar die vaste fase bly onveranderd . Dit word hoofsaaklik gebruik vir deeluitgloeiing en fasetransformasie verhardingsbehandeling, met gereedskap, ratte en laers wat die meerderheid is;
Met die toename van laserkragdigtheid (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) en die verlenging van bestralingstyd, smelt die oppervlak van die materiaal geleidelik. Soos die insetenergie toeneem, beweeg die vloeistof-vaste stof koppelvlak geleidelik na die diep deel van die materiaal. Hierdie fisiese proses word hoofsaaklik gebruik vir oppervlakhersmelting, legering, bekleding en termiese geleidingsvermoë sweis van metale.
Deur die drywingsdigtheid verder te verhoog (>10 ^ 6w/cm ^ 2) en die laseraksietyd te verleng, smelt die materiaaloppervlak nie net nie, maar verdamp ook, en die verdampte stowwe versamel naby die materiaaloppervlak en ioniseer swak om 'n plasma te vorm. Hierdie dun plasma help die materiaal om die laser te absorbeer; Onder die druk van verdamping en uitsetting vervorm die vloeistofoppervlak en vorm putte. Hierdie stadium kan gebruik word vir lasersweiswerk, gewoonlik in die splyting van termiese geleidingsvermoë sweiswerk van mikroverbindings binne 0,5 mm.
Deur die drywingsdigtheid verder te verhoog (>10 ^ 7w/cm ^ 2) en die bestralingstyd te verleng, ondergaan die materiaaloppervlak sterk verdamping, wat 'n plasma met 'n hoë ionisasiegraad vorm. Hierdie digte plasma het 'n afskermende effek op die laser, wat die energiedigtheid van die laser wat in die materiaal inval, aansienlik verminder. Terselfdertyd, onder 'n groot dampreaksiekrag, word klein gaatjies, algemeen bekend as sleutelgate, in die gesmelte metaal gevorm. Die bestaan van sleutelgate is voordelig vir die materiaal om laser te absorbeer, en hierdie stadium kan gebruik word vir laser diep samesmelting sweis, sny en boor, slagverharding, ens.
Onder verskillende toestande sal verskillende golflengtes van laserbestraling op verskillende metaalmateriale spesifieke waardes van drywingsdigtheid in elke stadium tot gevolg hê.
Wat die absorpsie van laser deur materiale betref, is die verdamping van materiale 'n grens. Wanneer die materiaal nie verdamping ondergaan nie, hetsy in die vaste of vloeibare fase, verander die absorpsie van laser net stadig met die toename in oppervlaktemperatuur; Sodra die materiaal verdamp en plasma en sleutelgate vorm, sal die materiaal se absorpsie van laser skielik verander.
Soos getoon in Figuur 2, wissel die absorpsietempo van laser op die materiaaloppervlak tydens lasersweis met laserkragdigtheid en materiaaloppervlaktemperatuur. Wanneer die materiaal nie gesmelt word nie, neem die absorpsietempo van die materiaal na die laser stadig toe met die toename in die materiaaloppervlaktemperatuur. Wanneer die kragdigtheid groter is as (10 ^ 6w/cm ^ 2), verdamp die materiaal hewig en vorm 'n sleutelgat. Die laser gaan die sleutelgat binne vir veelvuldige refleksies en absorpsie, wat lei tot 'n aansienlike toename in die materiaal se absorpsietempo na die laser en 'n aansienlike toename in die smeltdiepte.
Absorpsie van laser deur metaalmateriale – golflengte
Die bostaande figuur toon die verbandkromme tussen die reflektiwiteit, absorpsie en golflengte van algemeen gebruikte metale by kamertemperatuur. In die infrarooi gebied neem die absorpsietempo af en die reflektiwiteit neem toe met die toename in golflengte. Die meeste metale reflekteer sterk 10.6um (CO2) golflengte infrarooi lig terwyl swak 1.06um (1060nm) golflengte infrarooi lig weerkaats. Metaalmateriale het hoër absorpsietempo's vir kortgolflengtelasers, soos blou en groen lig.
Absorpsie van laser deur metaalmateriale - Materiaaltemperatuur en laserenergiedigtheid
Neem aluminiumlegering as 'n voorbeeld, wanneer die materiaal solied is, is die laserabsorpsietempo ongeveer 5-7%, die vloeistofabsorpsietempo is tot 25-35%, en dit kan meer as 90% bereik in die sleutelgattoestand.
Die absorpsietempo van die materiaal na die laser neem toe met toenemende temperatuur. Die absorpsietempo van metaalmateriale by kamertemperatuur is baie laag. Wanneer die temperatuur tot naby die smeltpunt styg, kan die absorpsietempo daarvan 40% ~ 60% bereik. As die temperatuur naby aan die kookpunt is, kan die absorpsietempo daarvan so hoog as 90% bereik.
Absorpsie van laser deur metaalmateriale - Oppervlaktoestand
Die konvensionele absorpsietempo word gemeet deur gebruik te maak van 'n gladde metaaloppervlak, maar in praktiese toepassings van laserverhitting is dit gewoonlik nodig om die absorpsietempo van sekere hoëreflektiewe materiale (aluminium, koper) te verhoog om vals soldering wat deur hoë refleksie veroorsaak word, te vermy;
Die volgende metodes kan gebruik word:
1. Die aanneming van toepaslike oppervlakvoorbehandelingsprosesse om die reflektiwiteit van laser te verbeter: prototipe-oksidasie, sandblaas, laserskoonmaak, vernikkeling, tinplatering, grafietbedekking, ens. kan alles die materiaal se absorpsietempo van laser verbeter;
Die kern is om die grofheid van die materiaaloppervlak te verhoog (wat bevorderlik is vir veelvuldige laserrefleksies en absorpsie), asook om die deklaagmateriaal met 'n hoë absorpsietempo te verhoog. Deur laserenergie te absorbeer en dit te smelt en te vervlugtig deur materiaal met 'n hoë absorpsietempo, word laserhitte na die basismateriaal oorgedra om die materiaalabsorpsietempo te verbeter en die virtuele sweiswerk wat veroorsaak word deur 'n hoë refleksie-verskynsel te verminder.
Postyd: Nov-23-2023
