Ang interaksyon sa pagitan ng laser at mga materyales ay kinabibilangan ng maraming pisikal na penomena at katangian. Ipakikilala ng susunod na tatlong artikulo ang tatlong pangunahing pisikal na penomena na may kaugnayan sa proseso ng laser welding upang mabigyan ang mga kasamahan ng mas malinaw na pag-unawa saproseso ng hinang gamit ang laser: nahahati sa laser absorption rate at mga pagbabago sa estado, plasma at keyhole effect. Sa pagkakataong ito, ia-update namin ang ugnayan sa pagitan ng mga pagbabago sa estado ng laser at mga materyales at absorption rate.
Mga pagbabago sa estado ng materya na dulot ng interaksyon sa pagitan ng laser at mga materyales
Ang pagproseso ng laser ng mga materyales na metal ay pangunahing nakabatay sa thermal processing ng mga photothermal effect. Kapag ang laser irradiation ay inilapat sa ibabaw ng materyal, iba't ibang pagbabago ang magaganap sa surface area ng materyal sa iba't ibang power densities. Kabilang sa mga pagbabagong ito ang pagtaas ng temperatura ng ibabaw, pagkatunaw, vaporization, pagbuo ng keyhole, at plasma generation. Bukod dito, ang mga pagbabago sa pisikal na estado ng surface area ng materyal ay lubos na nakakaapekto sa pagsipsip ng materyal ng laser. Sa pagtaas ng power density at action time, ang metal na materyal ay sasailalim sa mga sumusunod na pagbabago sa estado:
Kapag anglakas ng laserMababa ang densidad (<10 ^ 4w/cm ^ 2) at maikli ang oras ng pag-iilaw, ang enerhiya ng laser na hinihigop ng metal ay maaari lamang maging sanhi ng pagtaas ng temperatura ng materyal mula sa ibabaw patungo sa loob, ngunit ang solidong yugto ay nananatiling hindi nagbabago. Pangunahin itong ginagamit para sa paggamot ng part annealing at phase transformation hardening, kung saan ang karamihan ay mga tool, gear, at bearings;
Sa pagtaas ng densidad ng lakas ng laser (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) at sa paghaba ng oras ng pag-iilaw, unti-unting natutunaw ang ibabaw ng materyal. Habang tumataas ang enerhiya ng input, unti-unting gumagalaw ang likido-solid na interface patungo sa malalim na bahagi ng materyal. Ang pisikal na prosesong ito ay pangunahing ginagamit para sa surface remelting, alloying, cladding, at thermal conductivity welding ng mga metal.
Sa pamamagitan ng higit pang pagpapataas ng power density (>10 ^ 6w/cm ^ 2) at pagpapahaba ng oras ng pagkilos ng laser, ang ibabaw ng materyal ay hindi lamang natutunaw kundi nag-i-vaporize din, at ang mga nag-vaporize na sangkap ay nagtitipon malapit sa ibabaw ng materyal at mahinang nag-i-ionize upang bumuo ng isang plasma. Ang manipis na plasma na ito ay tumutulong sa materyal na sumipsip ng laser; Sa ilalim ng presyon ng vaporization at expansion, ang likidong ibabaw ay nababago ang hugis at bumubuo ng mga hukay. Ang yugtong ito ay maaaring gamitin para sa laser welding, kadalasan sa splicing thermal conductivity welding ng mga micro connection sa loob ng 0.5mm.
Sa pamamagitan ng higit pang pagpapataas ng power density (>10 ^ 7w/cm ^ 2) at pagpapahaba ng oras ng pag-iilaw, ang ibabaw ng materyal ay sumasailalim sa malakas na vaporization, na bumubuo ng isang plasma na may mataas na antas ng ionization. Ang siksik na plasma na ito ay may epektong panangga sa laser, na lubos na binabawasan ang energy density ng laser na tumatama sa materyal. Kasabay nito, sa ilalim ng isang malaking puwersa ng reaksyon ng singaw, ang maliliit na butas, na karaniwang kilala bilang mga keyhole, ay nabubuo sa loob ng tinunaw na metal. Ang pagkakaroon ng mga keyhole ay kapaki-pakinabang para sa materyal upang sumipsip ng laser, at ang yugtong ito ay maaaring gamitin para sa laser deep fusion welding, pagputol at pagbabarena, impact hardening, atbp.
Sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon, ang iba't ibang mga wavelength ng laser irradiation sa iba't ibang mga materyales na metal ay magreresulta sa mga partikular na halaga ng power density sa bawat yugto.
Kung pag-uusapan ang pagsipsip ng laser ng mga materyales, ang pagsingaw ng mga materyales ay isang hangganan. Kapag ang materyal ay hindi sumasailalim sa pagsingaw, maging ito man ay nasa solid o likidong yugto, ang pagsipsip nito ng laser ay mabagal lamang na nagbabago kasabay ng pagtaas ng temperatura ng ibabaw; Kapag ang materyal ay nagsingaw at bumubuo ng plasma at mga butas ng susi, ang pagsipsip ng materyal ng laser ay biglang magbabago.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 2, ang absorption rate ng laser sa ibabaw ng materyal habang ginagamit ang laser welding ay nag-iiba depende sa power density ng laser at temperatura ng ibabaw ng materyal. Kapag ang materyal ay hindi natunaw, ang absorption rate ng materyal sa laser ay unti-unting tumataas kasabay ng pagtaas ng temperatura ng ibabaw ng materyal. Kapag ang power density ay mas mataas sa (10 ^ 6w/cm ^ 2), ang materyal ay mabilis na nag-iibayo, na bumubuo ng isang keyhole. Ang laser ay pumapasok sa keyhole para sa maraming repleksyon at absorption, na nagreresulta sa isang makabuluhang pagtaas sa absorption rate ng materyal sa laser at isang makabuluhang pagtaas sa lalim ng pagkatunaw.
Pagsipsip ng Laser ng mga Materyales na Metal – Haba ng Daloy
Ang pigura sa itaas ay nagpapakita ng kurba ng ugnayan sa pagitan ng reflectivity, absorbance, at wavelength ng mga karaniwang ginagamit na metal sa temperatura ng silid. Sa rehiyon ng infrared, bumababa ang absorption rate at tumataas ang reflectivity kasabay ng pagtaas ng wavelength. Karamihan sa mga metal ay malakas na nagrereplekta ng 10.6um (CO2) wavelength infrared light habang mahinang nagrereplekta ng 1.06um (1060nm) wavelength infrared light. Ang mga materyales na metal ay may mas mataas na absorption rate para sa mga short wavelength laser, tulad ng asul at berdeng ilaw.
Pagsipsip ng Laser ng mga Materyales na Metal – Temperatura ng Materyales at Densidad ng Enerhiya ng Laser
Kung gagamitin halimbawa ang aluminum alloy, kapag ang materyal ay solid, ang laser absorption rate ay nasa humigit-kumulang 5-7%, ang liquid absorption rate ay hanggang 25-35%, at maaari itong umabot ng mahigit 90% sa keyhole state.
Ang bilis ng pagsipsip ng materyal sa laser ay tumataas kasabay ng pagtaas ng temperatura. Ang bilis ng pagsipsip ng mga materyales na metal sa temperatura ng silid ay napakababa. Kapag ang temperatura ay tumaas malapit sa melting point, ang bilis ng pagsipsip nito ay maaaring umabot sa 40%~60%. Kung ang temperatura ay malapit sa boiling point, ang bilis ng pagsipsip nito ay maaaring umabot ng hanggang 90%.
Pagsipsip ng Laser ng mga Materyales na Metal – Kondisyon ng Ibabaw
Ang kumbensyonal na antas ng pagsipsip ay sinusukat gamit ang isang makinis na ibabaw ng metal, ngunit sa mga praktikal na aplikasyon ng pagpapainit gamit ang laser, karaniwang kinakailangan na pataasin ang antas ng pagsipsip ng ilang mga materyales na may mataas na repleksyon (aluminyo, tanso) upang maiwasan ang maling paghihinang na dulot ng mataas na repleksyon;
Maaaring gamitin ang mga sumusunod na pamamaraan:
1. Ang paggamit ng mga naaangkop na proseso ng pre-treatment sa ibabaw upang mapabuti ang reflectivity ng laser: prototype oxidation, sandblasting, laser cleaning, nickel plating, tin plating, graphite coating, atbp. ay maaaring pawang magpabuti sa absorption rate ng materyal ng laser;
Ang pangunahing layunin ay upang mapataas ang pagkamagaspang ng ibabaw ng materyal (na nakakatulong sa maraming repleksyon at pagsipsip ng laser), pati na rin upang mapataas ang mataas na antas ng pagsipsip ng materyal na patong. Sa pamamagitan ng pagsipsip ng enerhiya ng laser at pagtunaw at pagpapatuyo nito sa pamamagitan ng mga materyales na may mataas na antas ng pagsipsip, ang init ng laser ay ipinapadala sa pangunahing materyal upang mapabuti ang antas ng pagsipsip ng materyal at mabawasan ang virtual na hinang na dulot ng penomenong may mataas na repleksyon.
Oras ng pag-post: Nob-23-2023
