Лазер менен материалдардын өз ара аракеттенүүсү көптөгөн физикалык кубулуштарды жана мүнөздөмөлөрдү камтыйт. Кийинки үч макалада кесиптештерге лазердик ширетүү процессин так түшүнүү үчүн лазердик ширетүү процессине байланыштуу үч негизги физикалык кубулуш тааныштырылат.лазердик ширетүү процесси: лазердин жутуу ылдамдыгы жана абалдын өзгөрүшү, плазма жана ачкыч тешик эффектиси болуп бөлүнөт. Бул жолу биз лазердин жана материалдардын абалынын өзгөрүшү менен жутуу ылдамдыгынын ортосундагы байланышты жаңыртабыз.
Лазер менен материалдардын өз ара аракеттенүүсүнөн улам заттын абалынын өзгөрүшү
Металл материалдарды лазер менен иштетүү негизинен фототермикалык эффекттерди жылуулук менен иштетүүгө негизделген. Лазердик нурлануу материалдын бетине колдонулганда, ар кандай кубаттуулук тыгыздыгында материалдын беттик аянтында ар кандай өзгөрүүлөр болот. Бул өзгөрүүлөргө беттин температурасынын жогорулашы, эриши, бууланышы, ачкыч тешиктердин пайда болушу жана плазманын пайда болушу кирет. Андан тышкары, материалдын беттик аянтынын физикалык абалындагы өзгөрүүлөр материалдын лазерди сиңирүүсүнө чоң таасирин тийгизет. Кубаттуулук тыгыздыгынын жана аракет убактысынын жогорулашы менен металл материалынын абалы төмөнкү өзгөрүүлөргө дуушар болот:
Качанлазердик күчтыгыздыгы төмөн (<10 ^ 4w/cm ^ 2) жана нурлануу убактысы кыска, металл сиңирген лазер энергиясы материалдын температурасынын бетинен ичкери карай көтөрүлүшүнө гана алып келет, ал эми катуу фаза өзгөрүүсүз калат. Ал негизинен бөлүктөрдү күйгүзүү жана фазалык трансформацияны катуулатуу үчүн колдонулат, көпчүлүк бөлүгүн шаймандар, тиштүү дөңгөлөктөр жана подшипниктер түзөт;
Лазердин кубаттуулугунун тыгыздыгынын жогорулашы (10 ^ 4-10 ^ 6вт/см ^ 2) жана нурлануу убактысынын узарышы менен материалдын бети акырындык менен эрийт. Киргизилген энергия көбөйгөн сайын, суюктук-катуу бети акырындык менен материалдын терең бөлүгүнө карай жылат. Бул физикалык процесс негизинен металлдарды беттик кайра эритүү, легирлөө, каптоо жана жылуулук өткөрүмдүүлүгүн ширетүү үчүн колдонулат.
Кубаттуулук тыгыздыгын андан ары жогорулатуу (>10 ^ 6вт/см ^ 2) жана лазердин таасир этүү убактысын узартуу менен, материалдын бети эрип гана тим болбостон, бууланат, ал эми бууланган заттар материалдын бетине жакын чогулуп, плазманы пайда кылуу үчүн алсыз иондоштурат. Бул жука плазма материалдын лазерди сиңирүүсүнө жардам берет; буулануу жана кеңейүү басымы астында суюк бет деформацияланып, чуңкурларды пайда кылат. Бул этап лазердик ширетүү үчүн, адатта 0,5 мм ичиндеги микро туташууларды жылуулук өткөрүмдүүлүгү менен ширетүү үчүн колдонулушу мүмкүн.
Кубаттуулук тыгыздыгын андан ары жогорулатуу (>10 ^ 7w/cm ^ 2) жана нурлануу убактысын узартуу менен, материалдын бети күчтүү бууланууга дуушар болуп, жогорку иондоштуруу даражасындагы плазманы пайда кылат. Бул тыгыз плазма лазерге коргоочу таасир этет, материалга түшкөн лазердин энергия тыгыздыгын бир топ төмөндөтөт. Ошол эле учурда, чоң буу реакциясынын күчүнүн астында эриген металлдын ичинде кичинекей тешиктер, адатта ачкыч тешиктер деп аталат, пайда болот. Ачкыч тешиктеринин болушу материалдын лазерди сиңириши үчүн пайдалуу жана бул этап лазер менен терең эритүүчү ширетүү, кесүү жана бургулоо, сокку менен катуулоо ж.б. үчүн колдонулушу мүмкүн.
Ар кандай шарттарда, ар кандай металл материалдарына лазердик нурлануунун ар кандай толкун узундуктары ар бир этапта кубаттуулук тыгыздыгынын белгилүү бир маанилерине алып келет.
Лазердин материалдар тарабынан сиңирилиши жагынан алганда, материалдардын бууланышы чек ара болуп саналат. Эгерде материал катуу же суюк фазада бууланбаса, анын лазердин сиңирүүсү беттик температуранын жогорулашы менен гана жай өзгөрөт; материал бууланып, плазма жана ачкыч тешиктерди пайда кылгандан кийин, материалдын лазердин сиңирүүсү күтүүсүздөн өзгөрөт.
2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, лазер менен ширетүү учурунда материалдын бетине лазердин сиңирүү ылдамдыгы лазердин кубаттуулугунун тыгыздыгына жана материалдын бетинин температурасына жараша өзгөрөт. Материал эрибегенде, материалдын лазерге сиңирүү ылдамдыгы материалдын бетинин температурасынын жогорулашы менен акырындык менен жогорулайт. Кубаттуулуктун тыгыздыгы (10 ^ 6вт/см ^ 2) жогору болгондо, материал катуу бууланып, ачкыч тешигин пайда кылат. Лазер ачкыч тешигине бир нече жолу чагылдыруу жана сиңирүү үчүн кирет, натыйжада материалдын лазерге сиңирүү ылдамдыгы бир кыйла жогорулайт жана эрүү тереңдиги бир кыйла жогорулайт.
Металл материалдары менен лазердин сиңирилиши – толкун узундугу
Жогорудагы сүрөттө бөлмө температурасында көп колдонулган металлдардын чагылдыруу, сиңирүү жана толкун узундугунун ортосундагы байланыш ийри сызыгы көрсөтүлгөн. Инфракызыл аймакта сиңирүү ылдамдыгы төмөндөйт жана чагылдыруу толкун узундугунун жогорулашы менен жогорулайт. Көпчүлүк металлдар 10,6 мкм (CO2) толкун узундугундагы инфракызыл жарыкты күчтүү чагылдырат, ал эми 1,06 мкм (1060 нм) толкун узундугундагы инфракызыл жарыкты начар чагылдырат. Металл материалдары көк жана жашыл жарык сыяктуу кыска толкун узундуктагы лазерлер үчүн сиңирүү ылдамдыгы жогору.
Металл материалдары тарабынан лазердин сиңирилиши – материалдын температурасы жана лазер энергиясынын тыгыздыгы
Мисалы, алюминий эритмесин алсак, материал катуу болгондо, лазердин сиңирүү ылдамдыгы 5-7% тегерегинде, ал эми суюктуктун сиңирүү ылдамдыгы 25-35% га чейин жетет жана ачкыч тешик абалында 90% дан ашыкка жетиши мүмкүн.
Лазерге материалдын сиңирүү ылдамдыгы температуранын жогорулашы менен жогорулайт. Бөлмө температурасында металл материалдардын сиңирүү ылдамдыгы өтө төмөн. Температура эрүү температурасына жакын көтөрүлгөндө, анын сиңирүү ылдамдыгы 40% ~ 60% га жетиши мүмкүн. Эгерде температура кайноо температурасына жакын болсо, анын сиңирүү ылдамдыгы 90% га чейин жетиши мүмкүн.
Металл материалдары тарабынан лазердин сиңирилиши – беттин абалы
Кадимки сиңирүү ылдамдыгы жылмакай металл бетин колдонуу менен өлчөнөт, бирок лазердик ысытуунун практикалык колдонмолорунда, жогорку чагылышуудан улам пайда болгон жалган ширетүүдөн качуу үчүн, адатта, айрым жогорку чагылдыруучу материалдардын (алюминий, жез) сиңирүү ылдамдыгын жогорулатуу зарыл;
Төмөнкү ыкмаларды колдонсо болот:
1. Лазердин чагылдыргычтыгын жакшыртуу үчүн тиешелүү беттик алдын ала иштетүү процесстерин кабыл алуу: прототипти кычкылдандыруу, кум менен тазалоо, лазер менен тазалоо, никель менен каптоо, калай менен каптоо, графит менен каптоо ж.б. мунун баары материалдын лазердин сиңүү ылдамдыгын жакшырта алат;
Негизгиси материалдын бетинин оройлугун жогорулатуу (бул бир нече лазердик чагылышууларга жана сиңирүүгө өбөлгө түзөт), ошондой эле жогорку сиңирүү ылдамдыгына ээ каптоочу материалды көбөйтүү. Лазер энергиясын сиңирүү жана аны жогорку сиңирүү ылдамдыгына ээ материалдар аркылуу эритүү жана учуп кетүү аркылуу лазердин ысыгы материалдын сиңирүү ылдамдыгын жакшыртуу жана жогорку чагылышуу кубулушунан келип чыккан виртуалдык ширетүүнү азайтуу үчүн негизги материалга өткөрүлүп берилет.
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 23-ноябры
