Лазердик ширетүү технологиясынын уникалдуу артыкчылыктары

1. Лазердик ширетүү технологиясы

Лазердик ширетүү лазердик иштетүү технологиясынын маанилүү колдонмолорунун бири болуп саналат. Бул лазерлердин нурлануу энергиясын колдонуу менен натыйжалуу бириктирүүгө жетишкен ширетүү процесси.

Иштөө принциби: Лазердик активдүү чөйрөлөр (мисалы, CO₂ жана башка газдардын аралашмасы, YAG иттрий алюминий гранат кристаллдары ж.б.) резонанстык көңдөйдүн ичинде алдыга жана артка термелүү үчүн белгилүү бир жол менен дүүлүктүрүлүп, стимулданган нурланууну пайда кылат. Нур даяр бөлүккө тийгенде, анын энергиясы сиңип калат. Ширетүүнү температура материалдын эрүү температурасына жеткенде жасоого болот.

2. Негизги параметрлерЛазердик ширетүү технологиясы

(1) Кубаттуулуктун тыгыздыгы

Лазердик иштетүүдөгү кубаттуулуктун тыгыздыгы эң маанилүү параметрлердин бири болуп саналат. Жогорку кубаттуулуктун тыгыздыгы беттик катмарды микросекунддардын ичинде кайноо температурасына чейин ысытып, кеңири бууланууну пайда кылышы мүмкүн. Ошентип, ал бургулоо, кесүү жана гравировкалоо сыяктуу материалдарды алып салуу процесстери үчүн идеалдуу.

Төмөнкү кубаттуулук тыгыздыгында үстүнкү катмар кайноо температурасына жетүү үчүн бир нече миллисекунд талап кылынат. Үстүнкү буулануу процесси башталганга чейин, астыңкы катмар алгач эрип, жогорку сапаттагы эритүүчү ширетүүлөрдүн пайда болушуна өбөлгө түзөт.

(2) Лазердик импульстук толкун формасы

Жогорку интенсивдүү лазер нуру металл бетине тийгенде, лазер энергиясынын 60–98% чагылышуудан улам жоголот. Бул таасир, айрыкча, алтын, күмүш, жез, алюминий жана титан сыяктуу жогорку чагылдыруучу жана жылуулук өткөрүүчү материалдарда байкалат.

Металлдардын чагылдыруу жөндөмдүүлүгү лазердик импульстук цикл учурунда динамикалык түрдө өзгөрөт. Беттин температурасы эрүү температурасына жеткенде кескин төмөндөйт жана бет эриген абалда болгондо туруктуу мааниде турукташат.

(3) Лазердик импульстун туурасы

Импульстук лазердик ширетүүнүн негизги параметри импульстук лазердик ширетүү болуп саналат, ал каалаган ширетүүнүн тереңдиги жана жылуулук таасир этүүчү зона (HAZ) менен аныкталат. Импульстун туурасынын узундугу HAZдын чоңоюшуна алып келет, ал эми ширетүүнүн тереңдиги импульстун туурасынын квадраттык тамыры менен жогорулайт.

Бирок, импульстун кеңдигинин узактыгы чоку кубаттуулугун төмөндөтөт. Ошондуктан, узунураак импульстун кеңдиктери, адатта, жылуулук өткөрүмдүүлүк ширетүүдө колдонулат, бул жука жана калың пластиналарды тизе менен ширетүү үчүн өзгөчө ылайыктуу кең, тайыз ширетүүчү тигиштерди пайда кылат.

Ошентсе да, төмөнкү кубаттуулук ашыкча жылуулук киргизүүгө алып келиши мүмкүн. Ар бир материал ширетүүнүн өтүшүн максималдуу түрдө жогорулатуучу оптималдуу импульс туурасына ээ.

(4) Фокусту алып салуу көлөмү

Лазердик ширетүү, адатта, белгилүү бир дефокустоону талап кылат. Лазердин фокустук чекитиндеги кубаттуулуктун тыгыздыгы өтө жогору, бул бууланууга жана тешикчелердин пайда болушуна алып келет. Ал эми, кубаттуулуктун тыгыздыгынын бөлүштүрүлүшү фокустук чекиттен четтетилген тегиздиктерде салыштырмалуу бирдей.

(5) Фокусту алып салуу режимдери

Дефокустоонун эки режими бар: оң дефокустоо жана терс дефокустоо. Оң дефокустоо фокустук тегиздиктин жумушчу бөлүктүн бетинин үстүндө жайгашканын, ал эми терс дефокустоо фокустук тегиздиктин анын астында жайгашканын билдирет.

Геометриялык оптика теориясына ылайык, ширетүү бетинен бирдей аралыкта жайгашкан тегиздиктердеги кубаттуулук тыгыздыгы (оң жана терс дефокустоо конфигурацияларында) болжол менен бирдей. Бирок, иш жүзүндө пайда болгон ширетүүчү бассейндин формалары бир аз айырмаланат. Терс дефокустоо ширетүүчү бассейндин пайда болуу механизмине байланыштуу ширетүүнүн көбүрөөк өтүшүн камсыз кылат.

(6) Ширетүү ылдамдыгы

Ширетүү ылдамдыгы ширетүүнүн тереңдигине олуттуу таасир этет. Жогорку ылдамдыктар тереңдикти азайтат, ал эми өтө төмөн ылдамдыктар иштетилүүчү бөлүктүн ашыкча эрип, күйүп кетишине алып келет.

Берилген лазердик кубаттуулук жана материалдын белгилүү бир калыңдыгы үчүн оптималдуу ширетүү ылдамдыгынын диапазону бар, анын ичинде тиешелүү ылдамдык маанисинде максималдуу ширетүүгө жетишүүгө болот.

(7) Коргоочу газ

Лазердик ширетүү учурунда ширетүүчү бассейнди коргоо үчүн инерттүү газдар кеңири колдонулат. Көпчүлүк колдонмолордо коргоочу газдар катары гелий, аргон жана азот сыяктуу газдар колдонулат.

Коргоочу газ үч негизги функцияны аткарат:

Ширетүүчү бассейнди атмосферанын булганышынан коргоңуз.
Фокустоочу линзаны металл буусунун булганышынан жана эриген тамчылардын чачырандыларынан коргойт — бул чачыранды өтө энергиялуу болгон жогорку кубаттуулуктагы лазердик ширетүүдөгү маанилүү функция.
Жогорку кубаттуулуктагы лазердик ширетүү учурунда пайда болгон плазма булутун натыйжалуу таркатат. Металл буусу лазер энергиясын сиңирип, плазмага иондошот; ашыкча плазма лазер нурунун энергиясын басаңдатышы мүмкүн.

3. Лазердик ширетүү технологиясынын уникалдуу таасири

Салттуу ширетүү технологияларына салыштырмалуу, лазердик ширетүү төрт башка эффектти сунуштайт:

Ширетүүнү тазалоо эффектиси: Лазер нуру ширетүүчү тигишке нур чачканда, материалдагы кычкыл кошулмалар лазер энергиясын негизги металлга караганда алда канча натыйжалуу сиңирип алат. Бул кошулмалар тез ысытылат, бууланат жана сыртка чыгарылат, бул ширетүүчү тигиштеги кошулманын курамын бир кыйла азайтат. Ошентип,лазер менен ширетүүжумуш бөлүктөрү менен булгануунун алдын алып гана тим болбостон, материалды активдүү түрдө тазалайт.
Фотожарылуу шок эффектиси: Өтө жогорку кубаттуулук тыгыздыгында, интенсивдүү лазердик нурлануу ширетүү тигишинде металлдын тез бууланышына алып келет. Жогорку ылдамдыктагы металл буусунун басымы астында ширетүү бассейниндеги эриген металл жарылуучу чачырандыларга дуушар болот. Күчтүү шок толкуну материалдын тереңине жайылып, ичке ачкыч тешигин түзөт. Ширетүү учурунда лазер нуру кыймылдаганда, аны курчап турган эриген металл ачкыч тешигин тынымсыз толтуруп, бекем, терең сиңүүчү ширетүүнү пайда кылуу үчүн катууланат.
Терең кирүү менен ширетүүдөгү ачкыч тешиктин эффектиси: 10⁷ Вт/см² кубаттуулук тыгыздыгына ээ лазер нуру материалды нурландырганда, ширетүүгө кирген энергиянын ылдамдыгы жылуулук өткөрүмдүүлүк, конвекция жана нурлануу аркылуу жылуулукту жоготуу ылдамдыгынан алда канча ашып түшөт. Бул лазер нуру тийген аймакта металлдын тез бууланышына алып келип, жогорку басымдагы буу астында ширетүүчү бассейнде ачкыч тешикти пайда кылат.

Астрономиялык кара тешикке окшош, кулпу тешиги түшкөн лазер энергиясынын дээрлик бардыгын сиңирип алат, бул нурдун кулпу тешигинин түбүнө түз кирүүсүнө мүмкүндүк берет. Кулпу тешигинин тереңдиги ширетүүнүн тереңдигин аныктайт.
Лазердин фокустоо эффектиси ачкыч тешиктин каптал дубалдарына: Ширетүүчү бассейнде ачкыч тешик пайда болгондо, ачкыч тешиктин каптал дубалдарына түшкөн лазер нурлары, адатта, чоң түшүү бурчуна ээ. Бул нурлар каптал дубалдардан чагылып, ачкыч тешиктин түбүнө карай тарайт, натыйжада ачкыч тешиктин ичинде энергиянын суперпозициясы пайда болот. Бул кубулуш, ачкыч тешиктин каптал дубалын фокустоо эффектиси деп аталат, ачкыч тешиктин ичиндеги лазердин интенсивдүүлүгүн натыйжалуу жогорулатат жана лазердик ширетүүнүн уникалдуу мүмкүнчүлүктөрүнө салым кошот.

4. Лазердик ширетүү технологиясынын артыкчылыктары

Лазердик ширетүүнүн уникалдуу таасири төмөнкү негизги артыкчылыктарга айланат:

Өтө тез ширетүү процесси: Лазердик нурлануунун кыска убактысы тез ширетүүгө мүмкүндүк берет, бул өндүрүмдүүлүктү жогорулатып гана тим болбостон, материалдын кычкылдануусун минималдаштырып, ысыкка кабылган зонаны азайтат. Бул аны транзисторлор сыяктуу ысыкка сезгич компоненттерди ширетүү үчүн идеалдуу кылат. Лазердик ширетүү ширетүүчү шлактарды чыгарбайт жана ширетүүнү алдын ала кычкылдан тазалоо зарылдыгын жокко чыгарат. Ал тургай, айнек аркылуу ширетүү жүргүзө алат, бул аны так микро-приборлорду өндүрүү үчүн өзгөчө ылайыктуу кылат.
Кеңири материалдык шайкештик: Лазердик ширетүү бирдей металлдарды гана эмес, ар кандай металлдарды, ал тургай металл-металл эмес айкалыштарды да бириктире алат. Мисалы, керамикалык субстраттары бар интегралдык микросхемаларды керамиканын жогорку эрүү температурасынан жана механикалык басымдан качуу зарылдыгынан улам кадимки ыкмаларды колдонуу менен ширетүү кыйын. Лазердик ширетүү мындай колдонмолор үчүн ыңгайлуу чечимди камсыз кылат. Бирок, лазердик ширетүү бардык ар кандай материалдардын айкалыштары үчүн ылайыктуу эмес экенин эске алыңыз.

5. Лазердик ширетүүнү колдонуу сценарийлери жана тармактары

Жылуулук өткөрүмдүүлүк ширетүүНегизинен, так иштетүү үчүн, мисалы, жука металл барактарынын четтерин иштетүү жана медициналык шаймандарды өндүрүү үчүн колдонулат.
Терең кирип ширетүү жана ширетүү: Автоунаа өнөр жайында кеңири колдонулат. Терең кирип ширетүү унаа кузовдорун, трансмиссияларды жана сырткы корпустарды ширетүү үчүн колдонулат; ширетүү негизинен унаа кузовун чогултууда колдонулат.
Металл эместер үчүн лазердик өткөргүчтүк ширетүү: керектөө товарларын өндүрүү, автомобиль өндүрүшү, электрондук корпустарды жасоо жана медициналык технологияларды камтыган кеңири колдонуу чөйрөсүнө ээ.
Гибриддик ширетүү: Кеме палубаларын жасоо сыяктуу атайын болот конструкциялары үчүн атайын ылайыктуу.

Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 15-декабры