Die interaksie tussen laser en materiale behels baie fisiese verskynsels en eienskappe. Die volgende drie artikels sal die drie belangrikste fisiese verskynsels wat verband hou met die lasersweisproses bekendstel om kollegas 'n duideliker begrip van die ... te gee.lasersweisproses: verdeel in laserabsorpsietempo en veranderinge in toestand, plasma en sleutelgat-effek. Hierdie keer sal ons die verband tussen veranderinge in die toestand van laser en materiale en absorpsietempo opdateer.
Veranderinge in die 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 kragdigthede plaasvind. Hierdie veranderinge sluit in styging in oppervlaktemperatuur, smelting, verdamping, sleutelgatvorming en plasmagenerering. Boonop beïnvloed die veranderinge in die fisiese toestand van die materiaaloppervlak die materiaal se absorpsie van laser grootliks. Met die toename in kragdigtheid en aksietyd sal die metaalmateriaal die volgende veranderinge in toestand ondergaan:
Wanneer dielaserkragAs die digtheid laag is (<10 ^ 4w/cm ^ 2) en die bestralingstyd kort is, kan die laserenergie wat deur die metaal geabsorbeer word, slegs veroorsaak dat die temperatuur van die materiaal van die oppervlak na binne styg, maar die vaste fase bly onveranderd. Dit word hoofsaaklik gebruik vir onderdeelgloeiing en fasetransformasie-verhardingsbehandeling, met gereedskap, ratte en laers die meerderheid;
Met die toename in laserkragdigtheid (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) en die verlenging van die bestralingstyd, smelt die oppervlak van die materiaal geleidelik. Soos die insetenergie toeneem, beweeg die vloeistof-vastestof-grensvlak geleidelik na die dieper deel van die materiaal. Hierdie fisiese proses word hoofsaaklik gebruik vir oppervlakhersmelting, legering, bekleding en termiese geleidingssweising van metale.
Deur die kragdigtheid verder te verhoog (>10 ^ 6w/cm ^ 2) en die laserwerkingstyd 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 uitbreiding vervorm die vloeistofoppervlak en vorm putjies. Hierdie stadium kan gebruik word vir lasersweiswerk, gewoonlik in die splitsing van termiese geleidingssweiswerk van mikroverbindings binne 0.5 mm.
Deur die kragdigtheid 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 word klein gaatjies, algemeen bekend as sleutelgate, binne die gesmelte metaal gevorm onder 'n groot dampreaksiekrag. Die bestaan van sleutelgate is voordelig vir die materiaal om laser te absorbeer, en hierdie stadium kan gebruik word vir laser-diepsmeltsweiswerk, sny en boorwerk, impakverharding, ens.
Onder verskillende toestande sal verskillende golflengtes van laserbestraling op verskillende metaalmateriale lei tot spesifieke waardes van drywingsdigtheid in elke stadium.
In terme van die absorpsie van laser deur materiale, 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 slegs stadig met die toename van 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 die laser op die materiaaloppervlak tydens lasersweiswerk met die laser se kragdigtheid en die materiaaloppervlaktemperatuur. Wanneer die materiaal nie gesmelt is 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 beduidende toename in die materiaal se absorpsietempo na die laser en 'n beduidende toename in die smeltdiepte.
Absorpsie van laser deur metaalmateriale – golflengte
Die bostaande figuur toon die verhoudingskurwe tussen die reflektiwiteit, absorbansie 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 weerkaats sterk infrarooi lig met 'n golflengte van 10.6 µm (CO2) terwyl hulle swak infrarooi lig met 'n golflengte van 1.06 µm (1060 nm) weerkaats. Metaalmateriale het hoër absorpsietempo's vir kortgolflengte lasers, soos blou en groen lig.
Absorpsie van laser deur metaalmateriale – Materiaaltemperatuur en laserenergiedigtheid
As ons byvoorbeeld aluminiumlegering neem, wanneer die materiaal solied is, is die laserabsorpsiekoers ongeveer 5-7%, die vloeistofabsorpsiekoers is tot 25-35%, en dit kan meer as 90% in die sleutelgattoestand bereik.
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 40%~60% bereik. As die temperatuur naby die kookpunt is, kan die absorpsietempo so hoog as 90% bereik.
Absorpsie van laser deur metaalmateriale – Oppervlaktoestand
Die konvensionele absorpsietempo word gemeet met behulp 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 soldeerwerk wat deur hoë weerkaatsing veroorsaak word, te vermy;
Die volgende metodes kan gebruik word:
1. Die aanneming van gepaste oppervlakvoorbehandelingsprosesse om die reflektiwiteit van laser te verbeter: prototipe-oksidasie, sandblaas, laserskoonmaak, nikkelplatering, tinplatering, grafietbedekking, ens. kan alles die materiaal se absorpsietempo van laser verbeter;
Die kern is om die ruheid van die materiaaloppervlak te verhoog (wat bevorderlik is vir veelvuldige laserrefleksies en absorpsie), asook om die deklaagmateriaal met 'n hoë absorpsiekoers te verhoog. Deur laserenergie te absorbeer en dit deur hoë absorpsiekoersmateriale te smelt en te verdamp, word laserhitte na die basismateriaal oorgedra om die materiaalabsorpsiekoers te verbeter en die virtuele sweiswerk wat deur die hoë refleksieverskynsel veroorsaak word, te verminder.
Plasingstyd: 23 Nov 2023
