Ар кандай өзөк диаметрлери бар лазерлердин ширетүүчү эффекттерин салыштыруу

Лазердик ширетүүүзгүлтүксүз же импульстук лазер нурларын колдонуу менен жетишүүгө болот. Принциптерилазер менен ширетүүжылуулук өткөрүмдүүлүк менен ширетүү жана лазердик терең кирүү менен ширетүү деп бөлүүгө болот. Кубаттуулук тыгыздыгы 104 ~ 105 Вт / см2ден аз болгондо, бул жылуулук өткөрүмдүүлүк менен ширетүү. Бул учурда, кирүү тереңдиги тайыз жана ширетүү ылдамдыгы жай болот; кубаттуулук тыгыздыгы 105 ~ 107 Вт / см2ден жогору болгондо, металл бети жылуулуктан улам "тешиктерге" кирип, терең кирүү менен ширетүүнү пайда кылат, бул тез ширетүү ылдамдыгы жана чоң аспект катышы сыяктуу мүнөздөмөлөргө ээ. Жылуулук өткөрүмдүүлүк принцибилазер менен ширетүүтөмөнкүлөр: лазердик нурлануу иштетиле турган бетти ысытат, ал эми беттин ысыгы жылуулук өткөрүмдүүлүгү аркылуу ички бетке тарайт. Лазер импульсунун туурасы, энергиясы, эң жогорку кубаттуулугу жана кайталоо жыштыгы сыяктуу лазер параметрлерин башкаруу менен, даяр бөлүк белгилүү бир эритилген көлмөнү түзүү үчүн эритилет.

Лазердик терең кирүү менен ширетүү, адатта, материалдарды бириктирүүнү аяктоо үчүн үзгүлтүксүз лазер нурун колдонот. Анын металлургиялык физикалык процесси электрондук нур менен ширетүүгө абдан окшош, башкача айтканда, энергияны айландыруу механизми "ачкыч тешик" түзүлүшү аркылуу аяктайт.

Жогорку кубаттуулуктагы тыгыздыктагы лазердик нурлануунун астында материал бууланып, майда тешиктер пайда болот. Буу менен толтурулган бул кичинекей тешик кара денеге окшош, түшкөн нурдун дээрлик бардык энергиясын сиңирип алат. Тешиктеги тең салмактуулук температурасы болжол менен 2500 градуска жетет.°C. Жылуулук жогорку температурадагы тешиктин сырткы дубалынан берилет, бул тешикти курчап турган металлдын эришине алып келет. Кичинекей тешик нурлануунун астында дубал материалынын тынымсыз бууланышынан пайда болгон жогорку температурадагы буу менен толтурулат. Кичинекей тешиктин дубалдары эриген металл менен курчалган, ал эми суюк металл катуу материалдар менен курчалган (көпчүлүк салттуу ширетүү процесстеринде жана лазердик өткөрүмдүүлүк менен ширетүү процесстеринде энергия алгач даярдалган бөлүктүн бетине топтолот, андан кийин ички бөлүккө которуу жолу менен ташылат). Тешиктин дубалынын сыртындагы суюктуктун агымы жана дубал катмарынын беттик тартылуусу тешиктин көңдөйүндө тынымсыз пайда болгон буу басымы менен фазада болот жана динамикалык тең салмактуулукту сактайт. Жарык шооласы кичинекей тешикке тынымсыз кирип турат, ал эми кичинекей тешиктин сыртындагы материал тынымсыз агып турат. Жарык шооласы кыймылдаганда, кичинекей тешик ар дайым туруктуу агым абалында болот.

Башкача айтканда, кичинекей тешик жана тешиктин дубалын курчап турган эриген металл пилоттук нурдун алдыга жылуу ылдамдыгы менен алдыга жылат. Эриген металл кичинекей тешик алынып салынгандан кийин калган боштукту толтурат жана ошого жараша конденсацияланат, ошондон кийин ширетүү пайда болот. Мунун баары ушунчалык тез болуп, ширетүү ылдамдыгы мүнөтүнө бир нече метрге оңой эле жетет.

Кубаттуулук тыгыздыгынын, жылуулук өткөрүмдүүлүгүнүн ширетүүсүнүн жана терең кирүү менен ширетүүнүн негизги түшүнүктөрүн түшүнгөндөн кийин, биз андан кийин ар кандай өзөк диаметрлеринин кубаттуулук тыгыздыгынын жана металлографиялык фазаларынын салыштырмалуу анализин жүргүзөбүз.

Базардагы кеңири таралган лазер өзөгүнүн диаметрлерине негизделген ширетүү эксперименттерин салыштыруу:

Ар кандай өзөк диаметрлери бар лазерлердин фокустук чекитинин абалынын кубаттуулук тыгыздыгы

Кубаттуулуктун тыгыздыгы жагынан алганда, ошол эле кубаттуулукта, өзөктүн диаметри канчалык кичине болсо, лазердин жарыктыгы ошончолук жогору жана энергия ошончолук концентрацияланган болот. Эгерде лазерди курч бычак менен салыштырсак, өзөктүн диаметри канчалык кичине болсо, лазер ошончолук курч болот. 14 мкм өзөктүн диаметри лазердин кубаттуулук тыгыздыгы 100 мкм өзөктүн диаметри лазердикинен 50 эседен ашык жана иштетүү мүмкүнчүлүгү күчтүүрөөк. Ошол эле учурда, бул жерде эсептелген кубаттуулуктун тыгыздыгы жөн гана жөнөкөй орточо тыгыздык. Чыныгы энергиянын бөлүштүрүлүшү болжолдуу Гаусс бөлүштүрүлүшү болуп саналат жана борбордук энергия орточо кубаттуулуктун тыгыздыгынан бир нече эсе көп болот.

Ар кандай өзөк диаметрлери менен лазер энергиясынын бөлүштүрүлүшүнүн схемалык диаграммасы

Энергиянын бөлүштүрүү диаграммасынын түсү - бул энергиянын бөлүштүрүлүшү. Түс канчалык кызыл болсо, энергия ошончолук жогору болот. Кызыл энергия - бул энергия топтолгон жер. Ар кандай өзөк диаметрлери бар лазер нурларынын лазердик энергия бөлүштүрүлүшү аркылуу лазер нурунун алдыңкы бети курч эмес жана лазер нуру курч экенин көрүүгө болот. Энергия канчалык кичине болсо, ошончолук бир чекитте топтолгон сайын, ал ошончолук курч жана анын кирүү жөндөмү күчтүү болот.

Ар кандай өзөк диаметрлери бар лазерлердин ширетүүчү эффекттерин салыштыруу

Ар кандай өзөк диаметрлери бар лазерлерди салыштыруу:

(1) Эксперимент 150 мм/с ылдамдыкты, фокустук абалдагы ширетүүнү колдонот жана материал 1 сериядагы алюминийден, калыңдыгы 2 мм;

(2) Өзөктүн диаметри канчалык чоң болсо, эрүү туурасы ошончолук чоң, жылуулукка таасир этүүчү зона ошончолук чоң жана бирдик кубаттуулугунун тыгыздыгы ошончолук кичине. Өзөктүн диаметри 200 мкм ашканда, алюминий жана жез сыяктуу жогорку реакциялуу эритмелерде кирүү тереңдигине жетүү оңой эмес, ал эми жогорку тереңдиктеги ширетүүгө жогорку кубаттуулук менен гана жетишүүгө болот;

(3) Кичинекей өзөктүү лазерлер жогорку кубаттуулук тыгыздыгына ээ жана жогорку энергиялуу жана кичинекей жылуулук таасир этүүчү зоналары бар материалдардын бетинде ачкыч тешиктерин тез тешип өтө алат. Бирок, ошол эле учурда, ширетүүнүн бети орой жана ачкыч тешиктин кулап түшүү ыктымалдыгы төмөн ылдамдыктагы ширетүү учурунда жогору жана ачкыч тешик ширетүү цикли учурунда жабылат. Цикл узун жана кемчиликтер жана тешикчелер сыяктуу кемчиликтер пайда болушу мүмкүн. Ал жогорку ылдамдыктагы иштетүүгө же селкинчек траекториясы менен иштетүүгө ылайыктуу;

(4) Чоң өзөк диаметриндеги лазерлердин жарык тактары чоңураак жана энергиясы көбүрөөк чачыранды, бул аларды лазердик бетти кайра эритүү, каптоо, күйгүзүү жана башка процесстер үчүн ылайыктуураак кылат.