ലേസർ ആഗിരണം നിരക്കും ലേസർ വസ്തുക്കളുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ അവസ്ഥയിലെ മാറ്റങ്ങളും

ലേസറും വസ്തുക്കളും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ നിരവധി ഭൗതിക പ്രതിഭാസങ്ങളും സവിശേഷതകളും ഉൾപ്പെടുന്നു. അടുത്ത മൂന്ന് ലേഖനങ്ങൾ ലേസർ വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട മൂന്ന് പ്രധാന ഭൗതിക പ്രതിഭാസങ്ങളെ പരിചയപ്പെടുത്തും, ഇത് സഹപ്രവർത്തകർക്ക് കൂടുതൽ വ്യക്തമായ ധാരണ നൽകുന്നതിന് സഹായിക്കും.ലേസർ വെൽഡിംഗ് പ്രക്രിയ: ലേസർ ആഗിരണം നിരക്ക്, അവസ്ഥയിലെ മാറ്റങ്ങൾ, പ്ലാസ്മ, കീഹോൾ പ്രഭാവം എന്നിങ്ങനെ തിരിച്ചിരിക്കുന്നു.ഈ സമയം, ലേസറിന്റെ അവസ്ഥയിലെയും മെറ്റീരിയലുകളിലെയും മാറ്റങ്ങളും ആഗിരണം നിരക്കും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ഞങ്ങൾ അപ്‌ഡേറ്റ് ചെയ്യും.

ലേസറും വസ്തുക്കളും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ദ്രവ്യത്തിന്റെ അവസ്ഥയിലെ മാറ്റങ്ങൾ

ലോഹ വസ്തുക്കളുടെ ലേസർ സംസ്കരണം പ്രധാനമായും ഫോട്ടോതെർമൽ ഇഫക്റ്റുകളുടെ താപ സംസ്കരണത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. ലേസർ വികിരണം മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിൽ പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, വ്യത്യസ്ത പവർ ഡെൻസിറ്റികളിൽ മെറ്റീരിയലിന്റെ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണത്തിൽ വിവിധ മാറ്റങ്ങൾ സംഭവിക്കും. ഉപരിതല താപനില വർദ്ധനവ്, ഉരുകൽ, ബാഷ്പീകരണം, കീഹോൾ രൂപീകരണം, പ്ലാസ്മ ഉത്പാദനം എന്നിവ ഈ മാറ്റങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. മാത്രമല്ല, മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണത്തിലെ ഭൗതിക അവസ്ഥയിലെ മാറ്റങ്ങൾ മെറ്റീരിയൽ ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിനെ വളരെയധികം ബാധിക്കുന്നു. പവർ സാന്ദ്രതയും പ്രവർത്തന സമയവും വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ലോഹ വസ്തു ഇനിപ്പറയുന്ന അവസ്ഥകൾക്ക് വിധേയമാകും:

എപ്പോൾലേസർ പവർസാന്ദ്രത കുറവാണ് (<10 ^ 4w/cm ^ 2) കൂടാതെ വികിരണ സമയം കുറവാണ്, ലോഹം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന ലേസർ ഊർജ്ജം ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് ഉള്ളിലേക്ക് മെറ്റീരിയലിന്റെ താപനില ഉയരാൻ മാത്രമേ കാരണമാകൂ, പക്ഷേ ഖര ഘട്ടം മാറ്റമില്ലാതെ തുടരുന്നു. ഇത് പ്രധാനമായും പാർട്ട് അനീലിംഗ്, ഫേസ് ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ ഹാർഡനിംഗ് ചികിത്സയ്ക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഉപകരണങ്ങൾ, ഗിയറുകൾ, ബെയറിംഗുകൾ എന്നിവയാണ് ഭൂരിഭാഗവും;

ലേസർ പവർ സാന്ദ്രത (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) വർദ്ധിക്കുകയും വികിരണ സമയം നീണ്ടുനിൽക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, വസ്തുവിന്റെ ഉപരിതലം ക്രമേണ ഉരുകുന്നു. ഇൻപുട്ട് ഊർജ്ജം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ദ്രാവക-ഖര ഇന്റർഫേസ് ക്രമേണ വസ്തുവിന്റെ ആഴത്തിലുള്ള ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ലോഹങ്ങളുടെ ഉപരിതല പുനർഉൽപ്പാദനം, അലോയിംഗ്, ക്ലാഡിംഗ്, താപ ചാലകത വെൽഡിംഗ് എന്നിവയ്ക്കാണ് ഈ ഭൗതിക പ്രക്രിയ പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

പവർ ഡെൻസിറ്റി (>10 ^ 6w/cm ^ 2) കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിച്ച് ലേസർ പ്രവർത്തന സമയം ദീർഘിപ്പിച്ചുകൊണ്ട്, മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലം ഉരുകുക മാത്രമല്ല, ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട പദാർത്ഥങ്ങൾ മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിന് സമീപം ഒത്തുചേർന്ന് ദുർബലമായി അയോണീകരിക്കപ്പെടുകയും പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ നേർത്ത പ്ലാസ്മ മെറ്റീരിയൽ ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യാൻ സഹായിക്കുന്നു; ബാഷ്പീകരണത്തിന്റെയും വികാസത്തിന്റെയും സമ്മർദ്ദത്തിൽ, ദ്രാവക ഉപരിതലം രൂപഭേദം വരുത്തുകയും കുഴികൾ രൂപപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ലേസർ വെൽഡിങ്ങിനായി ഈ ഘട്ടം ഉപയോഗിക്കാം, സാധാരണയായി 0.5 മില്ലീമീറ്ററിനുള്ളിൽ മൈക്രോ കണക്ഷനുകളുടെ സ്പ്ലൈസിംഗ് താപ ചാലകത വെൽഡിങ്ങിൽ.

പവർ ഡെൻസിറ്റി (>10 ^ 7w/cm ^ 2) കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിച്ച് വികിരണ സമയം ദീർഘിപ്പിച്ചുകൊണ്ട്, മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലം ശക്തമായ ബാഷ്പീകരണത്തിന് വിധേയമാവുകയും ഉയർന്ന അയോണൈസേഷൻ ഡിഗ്രിയുള്ള പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ സാന്ദ്രമായ പ്ലാസ്മ ലേസറിൽ ഒരു ഷീൽഡിംഗ് പ്രഭാവം ചെലുത്തുന്നു, ഇത് മെറ്റീരിയലിലേക്ക് ലേസർ പതിക്കുന്നതിന്റെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയെ വളരെയധികം കുറയ്ക്കുന്നു. അതേ സമയം, ഒരു വലിയ നീരാവി പ്രതിപ്രവർത്തന ശക്തിയിൽ, ഉരുകിയ ലോഹത്തിനുള്ളിൽ ചെറിയ ദ്വാരങ്ങൾ രൂപം കൊള്ളുന്നു, സാധാരണയായി കീഹോളുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്നു. കീഹോളുകളുടെ നിലനിൽപ്പ് മെറ്റീരിയലിന് ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യാൻ ഗുണം ചെയ്യും, കൂടാതെ ഈ ഘട്ടം ലേസർ ഡീപ് ഫ്യൂഷൻ വെൽഡിംഗ്, കട്ടിംഗ് ആൻഡ് ഡ്രില്ലിംഗ്, ഇംപാക്ട് ഹാർഡനിംഗ് മുതലായവയ്ക്ക് ഉപയോഗിക്കാം.

വ്യത്യസ്ത സാഹചര്യങ്ങളിൽ, വ്യത്യസ്ത തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ലേസർ വികിരണം വ്യത്യസ്ത ലോഹ വസ്തുക്കളിൽ പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഓരോ ഘട്ടത്തിലും പ്രത്യേക പവർ സാന്ദ്രത മൂല്യങ്ങൾ ലഭിക്കും.

ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന വസ്തുക്കളുടെ കാര്യത്തിൽ, വസ്തുക്കളുടെ ബാഷ്പീകരണം ഒരു അതിർത്തിയാണ്. ഖരാവസ്ഥയിലായാലും ദ്രാവകാവസ്ഥയിലായാലും, ഒരു വസ്തു ബാഷ്പീകരണത്തിന് വിധേയമാകാത്തപ്പോൾ, ഉപരിതല താപനിലയിലെ വർദ്ധനവിനനുസരിച്ച് ലേസറിന്റെ ആഗിരണം സാവധാനത്തിൽ മാത്രമേ മാറുന്നുള്ളൂ; മെറ്റീരിയൽ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും പ്ലാസ്മയും കീഹോളുകളും രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്തുകഴിഞ്ഞാൽ, ലേസറിന്റെ ആഗിരണം പെട്ടെന്ന് മാറും.

ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ലേസർ വെൽഡിംഗ് സമയത്ത് മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിൽ ലേസറിന്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് ലേസർ പവർ സാന്ദ്രതയും മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതല താപനിലയും അനുസരിച്ച് വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. മെറ്റീരിയൽ ഉരുകാത്തപ്പോൾ, മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതല താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ലേസറിലേക്കുള്ള മെറ്റീരിയലിന്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് പതുക്കെ വർദ്ധിക്കുന്നു. പവർ സാന്ദ്രത (10 ^ 6w/cm ^ 2) നേക്കാൾ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, മെറ്റീരിയൽ ശക്തമായി ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ഒരു കീഹോൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒന്നിലധികം പ്രതിഫലനങ്ങൾക്കും ആഗിരണത്തിനുമായി ലേസർ കീഹോളിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു, അതിന്റെ ഫലമായി ലേസറിലേക്കുള്ള മെറ്റീരിയലിന്റെ ആഗിരണം നിരക്കിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവും ഉരുകൽ ആഴത്തിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവും സംഭവിക്കുന്നു.

ലോഹ വസ്തുക്കളാൽ ലേസർ ആഗിരണം - തരംഗദൈർഘ്യം

മുകളിലുള്ള ചിത്രം മുറിയിലെ താപനിലയിൽ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ലോഹങ്ങളുടെ പ്രതിഫലനം, ആഗിരണം, തരംഗദൈർഘ്യം എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധ വക്രം കാണിക്കുന്നു. ഇൻഫ്രാറെഡ് മേഖലയിൽ, തരംഗദൈർഘ്യം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് ആഗിരണം നിരക്ക് കുറയുകയും പ്രതിഫലനം വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മിക്ക ലോഹങ്ങളും 10.6um (CO2) തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശത്തെ ശക്തമായി പ്രതിഫലിപ്പിക്കുകയും 1.06um (1060nm) തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശത്തെ ദുർബലമായി പ്രതിഫലിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. നീല, പച്ച വെളിച്ചം പോലുള്ള ഹ്രസ്വ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ലേസറുകൾക്ക് ലോഹ വസ്തുക്കൾക്ക് ഉയർന്ന ആഗിരണം നിരക്ക് ഉണ്ട്.

ലോഹ വസ്തുക്കൾ ലേസർ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത് - മെറ്റീരിയൽ താപനിലയും ലേസർ എനർജി ഡെൻസിറ്റിയും

ഒരു ഉദാഹരണമായി അലുമിനിയം അലോയ് എടുക്കുകയാണെങ്കിൽ, മെറ്റീരിയൽ ഖരമാകുമ്പോൾ, ലേസർ ആഗിരണ നിരക്ക് ഏകദേശം 5-7% ആയിരിക്കും, ദ്രാവക ആഗിരണ നിരക്ക് 25-35% വരെയാണ്, കൂടാതെ കീഹോൾ അവസ്ഥയിൽ ഇത് 90% ത്തിൽ കൂടുതൽ എത്താം.

താപനില കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് ലേസറിലേക്കുള്ള വസ്തുക്കളുടെ ആഗിരണം നിരക്ക് വർദ്ധിക്കുന്നു. മുറിയിലെ താപനിലയിൽ ലോഹ വസ്തുക്കളുടെ ആഗിരണം നിരക്ക് വളരെ കുറവാണ്. ദ്രവണാങ്കത്തിനടുത്ത് താപനില ഉയരുമ്പോൾ, അതിന്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് 40%~60% വരെ എത്താം. താപനില തിളയ്ക്കുന്ന പോയിന്റിനടുത്താണെങ്കിൽ, അതിന്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് 90% വരെ എത്താം.

ലോഹ വസ്തുക്കളാൽ ലേസർ ആഗിരണം - ഉപരിതല അവസ്ഥ

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

ഇനിപ്പറയുന്ന രീതികൾ ഉപയോഗിക്കാം:

1. ലേസറിന്റെ പ്രതിഫലനശേഷി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഉചിതമായ ഉപരിതല പ്രീ-ട്രീറ്റ്മെന്റ് പ്രക്രിയകൾ സ്വീകരിക്കുക: പ്രോട്ടോടൈപ്പ് ഓക്‌സിഡേഷൻ, സാൻഡ്‌ബ്ലാസ്റ്റിംഗ്, ലേസർ ക്ലീനിംഗ്, നിക്കൽ പ്ലേറ്റിംഗ്, ടിൻ പ്ലേറ്റിംഗ്, ഗ്രാഫൈറ്റ് കോട്ടിംഗ് മുതലായവയെല്ലാം മെറ്റീരിയലിന്റെ ലേസറിന്റെ ആഗിരണം നിരക്ക് മെച്ചപ്പെടുത്തും;

മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലത്തിന്റെ പരുക്കൻത വർദ്ധിപ്പിക്കുക (ഇത് ഒന്നിലധികം ലേസർ പ്രതിഫലനങ്ങൾക്കും ആഗിരണത്തിനും സഹായകമാണ്), അതുപോലെ ഉയർന്ന ആഗിരണ നിരക്കിൽ കോട്ടിംഗ് മെറ്റീരിയൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുക എന്നതാണ് കാതൽ. ലേസർ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്ത് ഉയർന്ന ആഗിരണ നിരക്കിലുള്ള വസ്തുക്കളിലൂടെ ഉരുകി ബാഷ്പീകരിക്കുന്നതിലൂടെ, മെറ്റീരിയൽ ആഗിരണ നിരക്ക് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും ഉയർന്ന പ്രതിഫലന പ്രതിഭാസം മൂലമുണ്ടാകുന്ന വെർച്വൽ വെൽഡിംഗ് കുറയ്ക്കുന്നതിനും ലേസർ താപം അടിസ്ഥാന മെറ്റീരിയലിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.