ലേസർ ആഗിരണം നിരക്കും ലേസർ മെറ്റീരിയൽ ഇടപെടലിൻ്റെ അവസ്ഥയിലെ മാറ്റങ്ങളും

ലേസറും മെറ്റീരിയലുകളും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ നിരവധി ഭൗതിക പ്രതിഭാസങ്ങളും സവിശേഷതകളും ഉൾപ്പെടുന്നു. അടുത്ത മൂന്ന് ലേഖനങ്ങൾ ലേസർ വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട മൂന്ന് പ്രധാന ഭൗതിക പ്രതിഭാസങ്ങളെ പരിചയപ്പെടുത്തും, ഇത് സഹപ്രവർത്തകർക്ക് വ്യക്തമായ ധാരണ നൽകുന്നതിന്ലേസർ വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയ: ലേസർ ആഗിരണം നിരക്ക്, അവസ്ഥ, പ്ലാസ്മ, കീഹോൾ പ്രഭാവം എന്നിവയിലെ മാറ്റങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ സമയം, ലേസറിൻ്റെയും മെറ്റീരിയലുകളുടെയും അവസ്ഥയിലെ മാറ്റങ്ങളും ആഗിരണം നിരക്കും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ഞങ്ങൾ അപ്‌ഡേറ്റ് ചെയ്യും.

ലേസറും മെറ്റീരിയലുകളും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ദ്രവ്യത്തിൻ്റെ അവസ്ഥയിലെ മാറ്റങ്ങൾ

ലോഹ വസ്തുക്കളുടെ ലേസർ പ്രോസസ്സിംഗ് പ്രധാനമായും ഫോട്ടോതെർമൽ ഇഫക്റ്റുകളുടെ താപ സംസ്കരണത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിൽ ലേസർ വികിരണം പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, വ്യത്യസ്ത ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയിൽ വസ്തുക്കളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ വിവിധ മാറ്റങ്ങൾ സംഭവിക്കും. ഈ മാറ്റങ്ങളിൽ ഉപരിതല താപനില വർദ്ധനവ്, ഉരുകൽ, ബാഷ്പീകരണം, കീഹോൾ രൂപീകരണം, പ്ലാസ്മ ഉത്പാദനം എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. മാത്രമല്ല, മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതല പ്രദേശത്തിൻ്റെ ഭൗതിക അവസ്ഥയിലെ മാറ്റങ്ങൾ ലേസർ മെറ്റീരിയൽ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിനെ വളരെയധികം ബാധിക്കുന്നു. ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും പ്രവർത്തന സമയവും വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, മെറ്റൽ മെറ്റീരിയൽ സംസ്ഥാനത്ത് ഇനിപ്പറയുന്ന മാറ്റങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകും:

എപ്പോൾലേസർ ശക്തിസാന്ദ്രത കുറവാണ് (<10 ^ 4w/cm ^ 2) കൂടാതെ വികിരണ സമയം ചെറുതാണ്, ലോഹം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന ലേസർ ഊർജ്ജം ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് ഉള്ളിലേക്ക് പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ താപനില ഉയരാൻ മാത്രമേ കാരണമാകൂ, എന്നാൽ ഖര ഘട്ടം മാറ്റമില്ലാതെ തുടരുന്നു . ടൂളുകൾ, ഗിയറുകൾ, ബെയറിംഗുകൾ എന്നിവയിൽ ഭൂരിഭാഗവും ഉൾപ്പെടുന്ന ഭാഗിക അനീലിംഗിനും ഫേസ് ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ കാഠിന്യത്തിനും ഇത് പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നു;

ലേസർ പവർ ഡെൻസിറ്റി (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) വർദ്ധനയും വികിരണ സമയം നീണ്ടുനിൽക്കുന്നതും, മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഉപരിതലം ക്രമേണ ഉരുകുന്നു. ഇൻപുട്ട് ഊർജ്ജം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ദ്രാവക-ഖര ഇൻ്റർഫേസ് ക്രമേണ മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ആഴത്തിലുള്ള ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ഈ ഭൗതിക പ്രക്രിയ പ്രധാനമായും ലോഹങ്ങളുടെ ഉപരിതല റീമെൽറ്റിംഗ്, അലോയിംഗ്, ക്ലാഡിംഗ്, താപ ചാലകത വെൽഡിംഗ് എന്നിവയ്ക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

പവർ ഡെൻസിറ്റി (>10 ^ 6w/cm ^ 2) വർദ്ധിപ്പിച്ച്, ലേസർ പ്രവർത്തന സമയം ദീർഘിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ഉപരിതലം ഉരുകുക മാത്രമല്ല, ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട പദാർത്ഥങ്ങൾ പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ഉപരിതലത്തോട് ചേർന്ന് ദുർബലമായി അയണീകരിക്കപ്പെടുകയും പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ നേർത്ത പ്ലാസ്മ മെറ്റീരിയൽ ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യാൻ സഹായിക്കുന്നു; ബാഷ്പീകരണത്തിൻ്റെയും വികാസത്തിൻ്റെയും സമ്മർദ്ദത്തിൽ, ദ്രാവക ഉപരിതലം രൂപഭേദം വരുത്തുകയും കുഴികൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ ഘട്ടം ലേസർ വെൽഡിങ്ങിനായി ഉപയോഗിക്കാം, സാധാരണയായി 0.5 മില്ലീമീറ്ററിനുള്ളിൽ മൈക്രോ കണക്ഷനുകളുടെ സ്പ്ലിസിംഗ് താപ ചാലകത വെൽഡിങ്ങിൽ.

പവർ ഡെൻസിറ്റി (>10 ^ 7w/cm ^ 2) വർദ്ധിപ്പിച്ച്, വികിരണ സമയം ദീർഘിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലം ശക്തമായ ബാഷ്പീകരണത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, ഉയർന്ന അയോണൈസേഷൻ ഡിഗ്രിയിൽ പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുന്നു. ഈ സാന്ദ്രമായ പ്ലാസ്മയ്ക്ക് ലേസറിൽ ഒരു ഷീൽഡിംഗ് ഇഫക്റ്റ് ഉണ്ട്, ഇത് മെറ്റീരിയലിലേക്ക് ലേസർ സംഭവത്തിൻ്റെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയെ വളരെയധികം കുറയ്ക്കുന്നു. അതേ സമയം, ഒരു വലിയ നീരാവി പ്രതികരണ ശക്തിയിൽ, ഉരുകിയ ലോഹത്തിനുള്ളിൽ കീഹോളുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ചെറിയ ദ്വാരങ്ങൾ രൂപം കൊള്ളുന്നു, കീഹോളുകളുടെ അസ്തിത്വം മെറ്റീരിയലിന് ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യാൻ പ്രയോജനകരമാണ്, ഈ ഘട്ടം ലേസർ ആഴത്തിലുള്ള സംയോജനത്തിന് ഉപയോഗിക്കാം. വെൽഡിംഗ്, കട്ടിംഗ് ആൻഡ് ഡ്രില്ലിംഗ്, ആഘാതം കാഠിന്യം മുതലായവ.

വ്യത്യസ്ത സാഹചര്യങ്ങളിൽ, വ്യത്യസ്ത ലോഹ വസ്തുക്കളിൽ ലേസർ വികിരണത്തിൻ്റെ വ്യത്യസ്ത തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ ഓരോ ഘട്ടത്തിലും ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുടെ പ്രത്യേക മൂല്യങ്ങൾക്ക് കാരണമാകും.

മെറ്റീരിയലുകളാൽ ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിൻ്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, വസ്തുക്കളുടെ ബാഷ്പീകരണം ഒരു അതിർത്തിയാണ്. മെറ്റീരിയൽ ബാഷ്പീകരണത്തിന് വിധേയമാകാത്തപ്പോൾ, ഖരാവസ്ഥയിലായാലും ദ്രാവകാവസ്ഥയിലായാലും, ഉപരിതല താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ലേസർ അതിൻ്റെ ആഗിരണം പതുക്കെ മാറുന്നു; മെറ്റീരിയൽ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും പ്ലാസ്മയും കീഹോളുകളും രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്താൽ, ലേസർ മെറ്റീരിയൽ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത് പെട്ടെന്ന് മാറും.

ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ലേസർ വെൽഡിങ്ങ് സമയത്ത് മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിൽ ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന നിരക്ക് ലേസർ പവർ ഡെൻസിറ്റിയും മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതല താപനിലയും അനുസരിച്ച് വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. മെറ്റീരിയൽ ഉരുകാതിരിക്കുമ്പോൾ, മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതല താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ലേസറിലേക്കുള്ള മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് സാവധാനത്തിൽ വർദ്ധിക്കുന്നു. പവർ ഡെൻസിറ്റി (10 ^ 6w/cm ^ 2) എന്നതിനേക്കാൾ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, മെറ്റീരിയൽ അക്രമാസക്തമായി ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ഒരു കീഹോൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒന്നിലധികം പ്രതിഫലനങ്ങൾക്കും ആഗിരണത്തിനുമായി ലേസർ കീഹോളിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു, ഇത് ലേസറിലേക്കുള്ള മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ആഗിരണനിരക്കിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവിനും ഉരുകൽ ആഴത്തിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവിനും കാരണമാകുന്നു.

ലോഹ വസ്തുക്കളാൽ ലേസർ ആഗിരണം - തരംഗദൈർഘ്യം

മുറിയിലെ ഊഷ്മാവിൽ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ലോഹങ്ങളുടെ പ്രതിഫലനം, ആഗിരണം, തരംഗദൈർഘ്യം എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധ വക്രം മുകളിലെ ചിത്രം കാണിക്കുന്നു. ഇൻഫ്രാറെഡ് മേഖലയിൽ, തരംഗദൈർഘ്യം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് ആഗിരണം നിരക്ക് കുറയുകയും പ്രതിഫലനക്ഷമത വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മിക്ക ലോഹങ്ങളും 10.6um (CO2) തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശത്തെ ശക്തമായി പ്രതിഫലിപ്പിക്കുമ്പോൾ 1.06um (1060nm) തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശത്തെ ദുർബലമായി പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു. നീലയും പച്ചയും പോലെയുള്ള ചെറിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ലേസറുകൾക്ക് ലോഹ സാമഗ്രികൾക്ക് ഉയർന്ന ആഗിരണം നിരക്ക് ഉണ്ട്.

ലോഹ വസ്തുക്കളാൽ ലേസർ ആഗിരണം - മെറ്റീരിയൽ താപനിലയും ലേസർ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും

അലൂമിനിയം അലോയ് ഒരു ഉദാഹരണമായി എടുത്താൽ, മെറ്റീരിയൽ ഖരാവസ്ഥയിലായിരിക്കുമ്പോൾ, ലേസർ ആഗിരണം നിരക്ക് ഏകദേശം 5-7% ആണ്, ദ്രാവക ആഗിരണ നിരക്ക് 25-35% വരെയാണ്, കീഹോൾ അവസ്ഥയിൽ ഇത് 90% വരെ എത്താം.

താപനില കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് ലേസറിലേക്കുള്ള മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് വർദ്ധിക്കുന്നു. ഊഷ്മാവിൽ ലോഹ വസ്തുക്കളുടെ ആഗിരണം നിരക്ക് വളരെ കുറവാണ്. ദ്രവണാങ്കത്തിന് സമീപം താപനില ഉയരുമ്പോൾ, അതിൻ്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് 40% ~ 60% വരെ എത്താം. താപനില തിളയ്ക്കുന്ന പോയിൻ്റിന് അടുത്താണെങ്കിൽ, അതിൻ്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് 90% വരെ എത്താം.

ലോഹ വസ്തുക്കളാൽ ലേസർ ആഗിരണം - ഉപരിതല അവസ്ഥ

പരമ്പരാഗത ആഗിരണം നിരക്ക് മിനുസമാർന്ന ലോഹ പ്രതലം ഉപയോഗിച്ചാണ് അളക്കുന്നത്, എന്നാൽ ലേസർ ചൂടാക്കലിൻ്റെ പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ, ഉയർന്ന പ്രതിഫലനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന തെറ്റായ സോളിഡിംഗ് ഒഴിവാക്കാൻ ചില ഉയർന്ന പ്രതിഫലന വസ്തുക്കളുടെ (അലുമിനിയം, ചെമ്പ്) ആഗിരണം നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്;

ഇനിപ്പറയുന്ന രീതികൾ ഉപയോഗിക്കാം:

1. ലേസറിൻ്റെ പ്രതിഫലനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഉചിതമായ ഉപരിതല പ്രീ-ട്രീറ്റ്മെൻ്റ് പ്രക്രിയകൾ സ്വീകരിക്കുന്നത്: പ്രോട്ടോടൈപ്പ് ഓക്സിഡേഷൻ, സാൻഡ്ബ്ലാസ്റ്റിംഗ്, ലേസർ ക്ലീനിംഗ്, നിക്കൽ പ്ലേറ്റിംഗ്, ടിൻ പ്ലേറ്റിംഗ്, ഗ്രാഫൈറ്റ് കോട്ടിംഗ് മുതലായവ.

മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിൻ്റെ പരുക്കൻത വർദ്ധിപ്പിക്കുക (ഇത് ഒന്നിലധികം ലേസർ പ്രതിഫലനങ്ങൾക്കും ആഗിരണത്തിനും അനുയോജ്യമാണ്), അതുപോലെ തന്നെ ഉയർന്ന ആഗിരണ നിരക്ക് ഉള്ള കോട്ടിംഗ് മെറ്റീരിയൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്. ലേസർ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിലൂടെയും ഉയർന്ന ആഗിരണ നിരക്ക് വസ്തുക്കളിലൂടെ ഉരുകുകയും ബാഷ്പീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, മെറ്റീരിയൽ ആഗിരണം നിരക്ക് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും ഉയർന്ന പ്രതിഫലന പ്രതിഭാസം മൂലമുണ്ടാകുന്ന വെർച്വൽ വെൽഡിങ്ങ് കുറയ്ക്കുന്നതിനും അടിസ്ഥാന മെറ്റീരിയലിലേക്ക് ലേസർ ചൂട് കൈമാറുന്നു.