लेसर शोषण दर आणि लेसर सामग्रीच्या परस्परसंवादाच्या स्थितीतील बदल

लेसर आणि सामग्रीमधील परस्परसंवादामध्ये अनेक भौतिक घटना आणि वैशिष्ट्ये समाविष्ट असतात. पुढील तीन लेख लेझर वेल्डिंग प्रक्रियेशी संबंधित तीन प्रमुख भौतिक घटनांचा परिचय करून देतील, जेणेकरून सहकाऱ्यांना याविषयी अधिक स्पष्ट समज मिळेल.लेसर वेल्डिंग प्रक्रिया: लेसर शोषण दर आणि स्थिती, प्लाझ्मा आणि कीहोल इफेक्टमध्ये विभागलेले. यावेळी, आम्ही लेसर आणि सामग्रीच्या स्थितीतील बदल आणि शोषण दर यांच्यातील संबंध अद्यतनित करू.

लेसर आणि साहित्य यांच्यातील परस्परसंवादामुळे पदार्थाच्या स्थितीत होणारे बदल

मेटल सामग्रीची लेसर प्रक्रिया प्रामुख्याने फोटोथर्मल प्रभावांच्या थर्मल प्रक्रियेवर आधारित आहे. जेव्हा सामग्रीच्या पृष्ठभागावर लेसर विकिरण लागू केले जाते, तेव्हा सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रामध्ये भिन्न शक्ती घनतेवर विविध बदल घडतात. या बदलांमध्ये पृष्ठभागाच्या तापमानात वाढ, वितळणे, बाष्पीभवन, कीहोल तयार होणे आणि प्लाझ्मा निर्मिती यांचा समावेश होतो. शिवाय, भौतिक पृष्ठभागाच्या भौतिक अवस्थेतील बदल लेसरच्या सामग्रीच्या शोषणावर मोठ्या प्रमाणावर परिणाम करतात. पॉवर डेन्सिटी आणि कृती वेळेत वाढ झाल्यामुळे, धातूच्या सामग्रीमध्ये खालील बदल घडतील:

जेव्हा दलेसर शक्तीघनता कमी आहे (<10 ^ 4w/cm ^ 2) आणि विकिरण वेळ कमी आहे, धातूद्वारे शोषलेली लेसर ऊर्जा केवळ पृष्ठभागापासून आतपर्यंत सामग्रीचे तापमान वाढण्यास कारणीभूत ठरू शकते, परंतु घन अवस्था अपरिवर्तित राहते. . हे प्रामुख्याने पार्ट एनीलिंग आणि फेज ट्रान्सफॉर्मेशन हार्डनिंग ट्रीटमेंटसाठी वापरले जाते, ज्यामध्ये टूल्स, गीअर्स आणि बेअरिंग्स बहुसंख्य आहेत;

लेसर पॉवर घनता (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) वाढल्याने आणि विकिरण कालावधी वाढल्याने, सामग्रीचा पृष्ठभाग हळूहळू वितळतो. जसजसे इनपुट ऊर्जा वाढते, द्रव-घन इंटरफेस हळूहळू सामग्रीच्या खोल भागाकडे सरकतो. या भौतिक प्रक्रियेचा उपयोग मुख्यतः पृष्ठभाग रीमेल्टिंग, अलॉयिंग, क्लेडिंग आणि धातूंच्या थर्मल चालकता वेल्डिंगसाठी केला जातो.

पॉवर डेन्सिटी (>10^6w/cm^2) वाढवून आणि लेसर क्रियेचा कालावधी वाढवून, भौतिक पृष्ठभाग केवळ वितळत नाही तर बाष्पीभवन देखील होते आणि बाष्पयुक्त पदार्थ भौतिक पृष्ठभागाजवळ एकत्रित होतात आणि प्लाझ्मा तयार करण्यासाठी कमकुवतपणे आयनीकरण करतात. हा पातळ प्लाझ्मा लेसरला सामग्री शोषण्यास मदत करतो; बाष्पीभवन आणि विस्ताराच्या दबावाखाली, द्रव पृष्ठभाग विकृत होतो आणि खड्डे तयार होतात. हा टप्पा लेसर वेल्डिंगसाठी वापरला जाऊ शकतो, सामान्यतः 0.5 मिमीच्या आत सूक्ष्म कनेक्शनच्या स्प्लिसिंग थर्मल चालकता वेल्डिंगमध्ये.

उर्जा घनता (>10 ^ 7w/cm ^ 2) वाढवून आणि विकिरण कालावधी वाढवून, सामग्रीच्या पृष्ठभागावर मजबूत बाष्पीभवन होते, उच्च आयनीकरण डिग्रीसह प्लाझ्मा तयार होतो. या दाट प्लाझमाचा लेसरवर संरक्षणात्मक प्रभाव असतो, ज्यामुळे लेसर घटनेची सामग्रीमध्ये ऊर्जा घनता मोठ्या प्रमाणात कमी होते. त्याच वेळी, मोठ्या बाष्प प्रतिक्रिया शक्ती अंतर्गत, लहान छिद्र, सामान्यतः कीहोल म्हणून ओळखले जातात, वितळलेल्या धातूच्या आत तयार होतात, कीहोल्सचे अस्तित्व लेसर शोषण्यासाठी सामग्रीसाठी फायदेशीर आहे आणि या टप्प्याचा वापर लेसर डीप फ्यूजनसाठी केला जाऊ शकतो. वेल्डिंग, कटिंग आणि ड्रिलिंग, इम्पॅक्ट हार्डनिंग इ.

वेगवेगळ्या परिस्थितीत, वेगवेगळ्या धातूंच्या पदार्थांवरील लेसर विकिरणांच्या वेगवेगळ्या तरंगलांबीमुळे प्रत्येक टप्प्यावर उर्जा घनतेची विशिष्ट मूल्ये प्राप्त होतील.

सामग्रीद्वारे लेसरचे शोषण करण्याच्या दृष्टीने, सामग्रीचे बाष्पीभवन ही एक सीमा आहे. जेव्हा सामग्रीचे बाष्पीभवन होत नाही, मग ते घन किंवा द्रव अवस्थेत असो, लेसरचे त्याचे शोषण केवळ पृष्ठभागाच्या तापमानाच्या वाढीसह हळूहळू बदलते; एकदा सामग्रीचे वाष्पीकरण होऊन प्लाझ्मा आणि कीहोल्स तयार झाल्यानंतर, सामग्रीचे लेसरचे शोषण अचानक बदलेल.

आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, लेसर वेल्डिंग दरम्यान सामग्रीच्या पृष्ठभागावरील लेसरचे शोषण दर लेसर पॉवर घनता आणि सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या तापमानानुसार बदलते. जेव्हा सामग्री वितळली जात नाही, तेव्हा सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या तापमानाच्या वाढीसह लेसरमध्ये सामग्रीचे शोषण दर हळूहळू वाढते. जेव्हा उर्जा घनता (10 ^ 6w/cm ^ 2) पेक्षा जास्त असते, तेव्हा सामग्रीची हिंसकपणे वाफ होते, कीहोल बनते. लेसर अनेक परावर्तन आणि शोषणासाठी कीहोलमध्ये प्रवेश करते, परिणामी लेसरमध्ये सामग्रीच्या शोषण दरात लक्षणीय वाढ होते आणि वितळण्याच्या खोलीत लक्षणीय वाढ होते.

मेटल मटेरियलद्वारे लेसरचे शोषण - तरंगलांबी

वरील आकृती खोलीच्या तपमानावर सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या धातूंची परावर्तकता, शोषकता आणि तरंगलांबी यांच्यातील संबंध वक्र दर्शवते. इन्फ्रारेड प्रदेशात, शोषण दर कमी होतो आणि तरंगलांबीच्या वाढीसह परावर्तकता वाढते. बहुतेक धातू 10.6um (CO2) तरंगलांबी अवरक्त प्रकाश प्रतिबिंबित करतात तर 1.06um (1060nm) तरंगलांबी इन्फ्रारेड प्रकाश कमकुवतपणे प्रतिबिंबित करतात. निळा आणि हिरवा दिवा यासारख्या लहान तरंगलांबीच्या लेसरसाठी धातूच्या पदार्थांचे शोषण दर जास्त असतात.

मेटल मटेरिअल्सद्वारे लेसरचे शोषण - सामग्रीचे तापमान आणि लेसर ऊर्जा घनता

उदाहरण म्हणून ॲल्युमिनियम मिश्र धातु घेतल्यास, जेव्हा सामग्री घन असते, तेव्हा लेसर शोषण दर सुमारे 5-7% असतो, द्रव शोषण दर 25-35% पर्यंत असतो आणि कीहोल स्थितीत तो 90% पेक्षा जास्त पोहोचू शकतो.

लेसरमध्ये सामग्रीचे शोषण दर वाढत्या तापमानासह वाढते. खोलीच्या तपमानावर धातूच्या पदार्थांचे शोषण दर खूप कमी आहे. जेव्हा तापमान वितळण्याच्या बिंदूच्या जवळ वाढते, तेव्हा त्याचे शोषण दर 40% ~ 60% पर्यंत पोहोचू शकते. जर तापमान उकळत्या बिंदूच्या जवळ असेल तर त्याचे शोषण दर 90% पर्यंत पोहोचू शकते.

मेटल मटेरियलद्वारे लेसरचे शोषण - पृष्ठभागाची स्थिती

पारंपारिक शोषण दर गुळगुळीत धातूच्या पृष्ठभागाचा वापर करून मोजला जातो, परंतु लेसर हीटिंगच्या व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये, उच्च परावर्तनामुळे होणारे खोटे सोल्डरिंग टाळण्यासाठी विशिष्ट उच्च प्रतिबिंब सामग्री (ॲल्युमिनियम, तांबे) चे शोषण दर वाढवणे आवश्यक आहे;

खालील पद्धती वापरल्या जाऊ शकतात:

1. लेसरची परावर्तकता सुधारण्यासाठी योग्य पृष्ठभाग पूर्व-उपचार प्रक्रियांचा अवलंब करणे: प्रोटोटाइप ऑक्सिडेशन, सँडब्लास्टिंग, लेसर क्लीनिंग, निकेल प्लेटिंग, टिन प्लेटिंग, ग्रेफाइट कोटिंग, इ. सर्व लेसरच्या सामग्रीचे शोषण दर सुधारू शकतात;

मुख्य म्हणजे सामग्रीच्या पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा वाढवणे (जे एकाधिक लेसर प्रतिबिंब आणि शोषणासाठी अनुकूल आहे), तसेच उच्च शोषण दरासह कोटिंग सामग्री वाढवणे. लेसर ऊर्जा शोषून आणि उच्च शोषण दर सामग्रीद्वारे ते वितळवून आणि अस्थिर करून, सामग्री शोषण दर सुधारण्यासाठी आणि उच्च प्रतिबिंब घटनेमुळे होणारी आभासी वेल्डिंग कमी करण्यासाठी लेसर उष्णता मूळ सामग्रीमध्ये प्रसारित केली जाते.