Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng laser at mga materyales ay nagsasangkot ng maraming pisikal na phenomena at katangian. Ang susunod na tatlong artikulo ay magpapakilala ng tatlong pangunahing pisikal na phenomena na may kaugnayan sa proseso ng laser welding upang mabigyan ang mga kasamahan ng mas malinaw na pag-unawa saproseso ng laser welding: nahahati sa laser absorption rate at mga pagbabago sa estado, plasma at keyhole effect. Sa pagkakataong ito, ia-update namin ang kaugnayan sa pagitan ng mga pagbabago sa estado ng laser at mga materyales at rate ng pagsipsip.
Mga pagbabago sa estado ng bagay na sanhi ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng laser at mga materyales
Ang pagpoproseso ng laser ng mga materyales na metal ay pangunahing batay sa thermal processing ng photothermal effect. Kapag ang pag-iilaw ng laser ay inilapat sa ibabaw ng materyal, ang iba't ibang mga pagbabago ay magaganap sa lugar ng ibabaw ng materyal sa iba't ibang mga density ng kuryente. Kasama sa mga pagbabagong ito ang pagtaas ng temperatura sa ibabaw, pagkatunaw, singaw, pagbuo ng keyhole, at pagbuo ng plasma. Bukod dito, ang mga pagbabago sa pisikal na estado ng lugar ng ibabaw ng materyal ay lubos na nakakaapekto sa pagsipsip ng laser ng materyal. Sa pagtaas ng density ng kapangyarihan at oras ng pagkilos, ang materyal na metal ay sasailalim sa mga sumusunod na pagbabago sa estado:
Kapag angkapangyarihan ng lasermababa ang density (<10 ^ 4w/cm ^ 2) at ang oras ng pag-iilaw ay maikli, ang enerhiya ng laser na hinihigop ng metal ay maaari lamang maging sanhi ng pagtaas ng temperatura ng materyal mula sa ibabaw hanggang sa loob, ngunit ang solidong bahagi ay nananatiling hindi nagbabago. . Ito ay pangunahing ginagamit para sa part annealing at phase transformation hardening treatment, na ang mga tool, gears, at bearings ang karamihan;
Sa pagtaas ng density ng laser power (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) at ang pagpapahaba 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 pag-remelting sa ibabaw, pag-alloy, cladding, at thermal conductivity welding ng mga metal.
Sa pamamagitan ng karagdagang pagtaas ng densidad ng kapangyarihan (>10 ^ 6w/cm ^ 2) at pagpapahaba ng oras ng pagkilos ng laser, ang materyal na ibabaw ay hindi lamang natutunaw kundi nag-i-vaporize din, at ang mga singaw na sangkap ay nagtitipon malapit sa materyal na ibabaw at mahinang nag-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 singaw at pagpapalawak, ang likidong ibabaw ay nababago at bumubuo ng mga hukay. Ang yugtong ito ay maaaring gamitin para sa laser welding, kadalasan sa splicing thermal conductivity welding ng micro connections sa loob ng 0.5mm.
Sa pamamagitan ng karagdagang pagtaas ng density ng kapangyarihan (>10 ^ 7w/cm ^ 2) at pagpapahaba ng oras ng pag-iilaw, ang ibabaw ng materyal ay sumasailalim sa malakas na singaw, na bumubuo ng isang plasma na may mataas na antas ng ionization. Ang siksik na plasma na ito ay may proteksiyon na epekto sa laser, na lubos na binabawasan ang density ng enerhiya ng insidente ng laser sa materyal. Kasabay nito, sa ilalim ng isang malaking puwersa ng reaksyon ng singaw, ang mga maliliit na butas, na karaniwang kilala bilang mga keyholes, ay nabuo sa loob ng tinunaw na metal, Ang pagkakaroon ng mga keyholes ay kapaki-pakinabang para sa materyal na sumipsip ng laser, at ang yugtong ito ay maaaring gamitin para sa malalim na pagsasanib ng laser. 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 metal na materyales ay magreresulta sa mga tiyak na halaga ng density ng kapangyarihan sa bawat yugto.
Sa mga tuntunin ng pagsipsip ng laser ng mga materyales, ang singaw ng mga materyales ay isang hangganan. Kapag ang materyal ay hindi sumasailalim sa singaw, maging sa solid o likidong bahagi, ang pagsipsip ng laser ay dahan-dahan lamang na nagbabago sa pagtaas ng temperatura sa ibabaw; Kapag ang materyal ay nag-vaporize at bumubuo ng plasma at mga keyholes, ang pagsipsip ng materyal ng laser ay biglang magbabago.
Tulad ng ipinapakita sa Figure 2, ang rate ng pagsipsip ng laser sa ibabaw ng materyal sa panahon ng laser welding ay nag-iiba sa densidad ng kapangyarihan ng laser at temperatura ng ibabaw ng materyal. Kapag ang materyal ay hindi natunaw, ang rate ng pagsipsip ng materyal sa laser ay dahan-dahang tumataas sa pagtaas ng temperatura ng ibabaw ng materyal. Kapag ang densidad ng kapangyarihan ay mas malaki kaysa sa (10 ^ 6w/cm ^ 2), ang materyal ay umuusok nang marahas, na bumubuo ng isang keyhole. Ang laser ay pumapasok sa keyhole para sa maraming pagmuni-muni at pagsipsip, na nagreresulta sa isang makabuluhang pagtaas sa rate ng pagsipsip ng materyal sa laser at isang makabuluhang pagtaas sa lalim ng pagkatunaw.
Absorption ng Laser sa pamamagitan ng Metal Materials – Wavelength
Ipinapakita ng figure sa itaas ang curve ng relasyon sa pagitan ng reflectivity, absorbance, at wavelength ng mga karaniwang ginagamit na metal sa room temperature. Sa infrared na rehiyon, bumababa ang rate ng pagsipsip at tumataas ang reflectivity sa pagtaas ng wavelength. Karamihan sa mga metal ay malakas na sumasalamin sa 10.6um (CO2) wavelength na infrared na ilaw habang mahinang sumasalamin sa 1.06um (1060nm) na wavelength na infrared na ilaw. Ang mga metal na materyales ay may mas mataas na rate ng pagsipsip para sa mga short wavelength laser, gaya ng asul at berdeng ilaw.
Pagsipsip ng Laser sa pamamagitan ng Mga Materyal na Metal – Temperatura ng Materyal at Densidad ng Enerhiya ng Laser
Ang pagkuha ng aluminyo haluang metal bilang isang halimbawa, kapag ang materyal ay solid, ang laser absorption rate ay nasa paligid ng 5-7%, ang liquid absorption rate ay hanggang 25-35%, at maaari itong umabot ng higit sa 90% sa keyhole state.
Ang rate ng pagsipsip ng materyal sa laser ay tumataas sa pagtaas ng temperatura. Ang rate ng pagsipsip ng mga metal na materyales sa temperatura ng silid ay napakababa. Kapag tumaas ang temperatura sa malapit sa punto ng pagkatunaw, ang rate ng pagsipsip nito ay maaaring umabot sa 40%~60%. Kung ang temperatura ay malapit sa kumukulo, ang rate ng pagsipsip nito ay maaaring umabot ng kasing taas ng 90%.
Absorption ng Laser sa pamamagitan ng Metal Materials – Kondisyon sa Ibabaw
Ang karaniwang rate ng pagsipsip ay sinusukat gamit ang isang makinis na ibabaw ng metal, ngunit sa mga praktikal na aplikasyon ng laser heating, kadalasang kinakailangan upang taasan ang rate ng pagsipsip ng ilang mataas na materyales sa pagmuni-muni (aluminyo, tanso) upang maiwasan ang maling paghihinang na dulot ng mataas na pagmuni-muni;
Maaaring gamitin ang mga sumusunod na pamamaraan:
1. Pag-ampon ng naaangkop na mga 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 lahat ay maaaring mapabuti ang rate ng pagsipsip ng materyal ng laser;
Ang core ay upang madagdagan ang pagkamagaspang ng materyal na ibabaw (na kung saan ay kaaya-aya sa maramihang laser reflections at pagsipsip), pati na rin upang taasan ang patong na materyal na may mataas na rate ng pagsipsip. Sa pamamagitan ng pagsipsip ng enerhiya ng laser at pagtunaw at pag-volatilize nito sa pamamagitan ng mataas na rate ng pagsipsip ng mga materyales, ang init ng laser ay ipinapadala sa batayang materyal upang mapabuti ang bilis ng pagsipsip ng materyal at bawasan ang virtual na hinang na dulot ng mataas na kababalaghan ng pagmuni-muni.
Oras ng post: Nob-23-2023
