Lazer və materiallar arasındakı qarşılıqlı təsir bir çox fiziki hadisə və xüsusiyyətləri əhatə edir. Növbəti üç məqalədə həmkarlara lazer qaynaq prosesi haqqında daha aydın bir anlayış vermək üçün lazer qaynaq prosesi ilə əlaqəli üç əsas fiziki hadisə təqdim olunacaq.lazer qaynaq prosesi: lazerin udma sürəti və vəziyyət dəyişiklikləri, plazma və açar dəliyi effekti kimi bölünür. Bu dəfə lazerin və materialların vəziyyətindəki dəyişikliklərlə udma sürəti arasındakı əlaqəni yeniləyəcəyik.
Lazer və materiallar arasındakı qarşılıqlı təsir nəticəsində maddənin vəziyyətindəki dəyişikliklər
Metal materialların lazerlə emalı əsasən fototermal effektlərin istilik emalına əsaslanır. Lazer şüalanması material səthinə tətbiq edildikdə, materialın səth sahəsində müxtəlif güc sıxlıqlarında müxtəlif dəyişikliklər baş verəcək. Bu dəyişikliklərə səth temperaturunun yüksəlməsi, əriməsi, buxarlanması, açar dəliyinin əmələ gəlməsi və plazma əmələ gəlməsi daxildir. Bundan əlavə, material səth sahəsindəki fiziki vəziyyətdəki dəyişikliklər materialın lazerin udulmasına böyük təsir göstərir. Güc sıxlığının və təsir müddətinin artması ilə metal material aşağıdakı vəziyyətdəki dəyişikliklərə məruz qalacaq:
Nə vaxtlazer gücüSıxlıq aşağıdır (<10 ^ 4w/cm ^ 2) və şüalanma müddəti qısadır, metal tərəfindən udulan lazer enerjisi yalnız materialın temperaturunun səthdən içəri doğru yüksəlməsinə səbəb ola bilər, lakin bərk faza dəyişməz qalır. Əsasən hissənin tavlanması və faza transformasiyasının sərtləşməsi emalı üçün istifadə olunur, alətlər, dişlilər və yataklar əksəriyyəti təşkil edir;
Lazer güc sıxlığının artması (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) və şüalanma müddətinin uzanması ilə materialın səthi tədricən əriyir. Giriş enerjisi artdıqca, maye-bərk səth tədricən materialın dərin hissəsinə doğru hərəkət edir. Bu fiziki proses əsasən metalların səthinin yenidən əridilməsi, ərintiləşdirilməsi, üzlənməsi və istilik keçiriciliyinin qaynağı üçün istifadə olunur.
Güc sıxlığını daha da artırmaqla (>10 ^ 6w/cm ^ 2) və lazer təsir müddətini uzatmaqla, material səthi yalnız ərimir, həm də buxarlanır və buxarlanmış maddələr material səthinin yaxınlığında toplanır və zəif şəkildə ionlaşaraq plazma əmələ gətirir. Bu nazik plazma materialın lazeri udmasına kömək edir; Buxarlanma və genişlənmə təzyiqi altında maye səth deformasiyaya uğrayır və çuxurlar əmələ gətirir. Bu mərhələ lazer qaynağı üçün istifadə edilə bilər, adətən 0,5 mm daxilində mikro birləşmələrin istilik keçiriciliyi qaynağı zamanı.
Güc sıxlığını daha da artırmaqla (>10 ^ 7w/cm ^ 2) və şüalanma müddətini uzatmaqla, material səthi güclü buxarlanmaya məruz qalır və yüksək ionlaşma dərəcəsinə malik plazma əmələ gətirir. Bu sıx plazma lazer üzərində qoruyucu təsir göstərir və materiala düşən lazerin enerji sıxlığını xeyli azaldır. Eyni zamanda, böyük bir buxar reaksiya qüvvəsi altında əridilmiş metalın içərisində adətən açar dəlikləri kimi tanınan kiçik dəliklər əmələ gəlir. Açar dəliklərinin olması materialın lazeri udması üçün faydalıdır və bu mərhələ lazerlə dərin ərimə qaynağı, kəsmə və qazma, zərbə sərtləşməsi və s. üçün istifadə edilə bilər.
Müxtəlif şəraitdə, müxtəlif metal materiallara lazer şüalanmasının fərqli dalğa uzunluqları hər mərhələdə güc sıxlığının spesifik dəyərlərinə səbəb olacaqdır.
Lazerin materiallar tərəfindən udulması baxımından, materialların buxarlanması bir sərhəddir. Material buxarlanmaya məruz qalmadıqda, istər bərk, istərsə də maye fazada, onun lazer tərəfindən udulması səth temperaturunun artması ilə yalnız yavaş-yavaş dəyişir; Material buxarlandıqdan və plazma və açar dəliklər əmələ gətirdikdən sonra materialın lazer tərəfindən udulması qəfildən dəyişəcək.
Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, lazer qaynağı zamanı material səthində lazerin udma sürəti lazer gücünün sıxlığına və material səthinin temperaturuna görə dəyişir. Material əridilmədikdə, materialın lazerə udma sürəti material səthinin temperaturunun artması ilə yavaş-yavaş artır. Güc sıxlığı (10 ^ 6w/cm ^ 2)-dən çox olduqda, material şiddətlə buxarlanır və açar dəliyi əmələ gətirir. Lazer çoxsaylı əks olunmalar və udma üçün açar dəliyinə daxil olur və nəticədə materialın lazerə udma sürəti əhəmiyyətli dərəcədə artır və ərimə dərinliyi əhəmiyyətli dərəcədə artır.
Metal Materiallar tərəfindən Lazerin Absorbsiyası – Dalğa Uzunluğu
Yuxarıdakı şəkildə otaq temperaturunda tez-tez istifadə olunan metalların əks etdirmə qabiliyyəti, udma qabiliyyəti və dalğa uzunluğu arasındakı əlaqə əyrisi göstərilir. İnfraqırmızı bölgədə udma sürəti azalır və əks etdirmə qabiliyyəti dalğa uzunluğunun artması ilə artır. Əksər metallar 10,6 um (CO2) dalğa uzunluğunda infraqırmızı işığı güclü şəkildə əks etdirir, 1,06 um (1060 nm) dalğa uzunluğunda infraqırmızı işığı isə zəif şəkildə əks etdirir. Metal materiallar mavi və yaşıl işıq kimi qısa dalğa uzunluğunda lazerlər üçün daha yüksək udma sürətinə malikdir.
Metal Materiallar tərəfindən Lazerin Absorbsiyası – Material Temperaturu və Lazer Enerji Sıxlığı
Misal üçün, alüminium ərintisini götürsək, material bərk olduqda lazerin udma nisbəti 5-7%, mayenin udma nisbəti isə 25-35%-ə qədərdir və açar dəlik vəziyyətində 90%-dən çox ola bilər.
Materialın lazerə udma sürəti temperatur artdıqca artır. Otaq temperaturunda metal materialların udma sürəti çox aşağıdır. Temperatur ərimə nöqtəsinə yaxın olduqda, onun udma sürəti 40%-60%-ə çata bilər. Temperatur qaynama nöqtəsinə yaxın olduqda, onun udma sürəti 90%-ə çata bilər.
Metal Materiallar tərəfindən Lazerin Absorbsiyası - Səth Vəziyyəti
Ənənəvi udma dərəcəsi hamar metal səth istifadə edilərək ölçülür, lakin lazer isitməsinin praktik tətbiqlərində, yüksək əks olunmanın yaratdığı saxta lehimləmənin qarşısını almaq üçün adətən müəyyən yüksək əks olunan materialların (alüminium, mis) udma dərəcəsini artırmaq lazımdır;
Aşağıdakı üsullardan istifadə etmək olar:
1. Lazerin əks etdiriciliyini artırmaq üçün müvafiq səth əvvəlcədən təmizləmə proseslərinin tətbiqi: prototip oksidləşməsi, qumlama, lazerlə təmizləmə, nikel örtük, qalay örtük, qrafit örtük və s. hamısı materialın lazerin udma sürətini artıra bilər;
Əsas məsələ material səthinin pürüzlülüyünü artırmaqdır (bu, çoxsaylı lazer əks olunmasına və udulmasına əlverişlidir), eləcə də yüksək udma dərəcəsinə malik örtük materialını artırmaqdır. Lazer enerjisini udmaqla və yüksək udma dərəcəsinə malik materiallar vasitəsilə əridərək və buxarlandıraraq lazer istiliyi əsas materiala ötürülür ki, bu da materialın udma dərəcəsini yaxşılaşdırır və yüksək əks olunma fenomeninin yaratdığı virtual qaynağı azaldır.
Yazı vaxtı: 23 Noyabr 2023
