Өөр өөр гол диаметртэй лазеруудын гагнуурын нөлөөллийн харьцуулалт

Лазер гагнууртасралтгүй эсвэл импульсийн лазер туяа ашиглан хийж болно. Зарчмуудлазер гагнуурДулаан дамжуулалтын гагнуур болон лазерын гүн нэвтрэлтийн гагнуур гэж хувааж болно. Чадлын нягтрал 104~105 Вт/см2-оос бага үед дулаан дамжуулалтын гагнуур болно. Энэ үед нэвтрэлтийн гүн гүехэн бөгөөд гагнуурын хурд удаан байдаг; чадлын нягтрал 105~107 Вт/см2-оос их үед металлын гадаргуу нь дулааны нөлөөгөөр "нүх" болж хонхойж, гүн нэвтрэлтийн гагнуур үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хурдан гагнуурын хурд болон том харьцаатай байдаг. Дулаан дамжуулалтын зарчимлазер гагнуурнь: лазерын цацраг нь боловсруулагдах гадаргууг халааж, гадаргуугийн дулаан нь дулаан дамжуулалтаар дотор тал руу тархдаг. Лазерын импульсийн өргөн, энерги, оргил хүч, давталтын давтамж зэрэг лазерын параметрүүдийг хянах замаар ажлын хэсгийг хайлуулж тодорхой хайлсан цөөрөм үүсгэдэг.

Лазерын гүн нэвтрэлтийн гагнуур нь ерөнхийдөө материалыг холбохын тулд тасралтгүй лазер туяаг ашигладаг. Үүний металлургийн физик процесс нь электрон цацрагийн гагнууртай маш төстэй, өөрөөр хэлбэл энерги хувиргах механизмыг "түлхүүр нүх" бүтцээр дамжуулан гүйцэтгэдэг.

Хангалттай өндөр чадлын нягтралтай лазер цацрагийн дор материал ууршиж, жижиг нүхнүүд үүсдэг. Уураар дүүрсэн энэхүү жижиг нүх нь хар биетэй төстэй бөгөөд туссан цацрагийн бараг бүх энергийг шингээдэг. Нүхний тэнцвэрт температур ойролцоогоор 2500 хэм хүрдэг.°C. Дулаан нь өндөр температурын нүхний гаднах хананаас шилжиж, нүхийг тойрсон металл хайлахад хүргэдэг. Жижиг нүх нь цацрагийн цацрагийн нөлөөн дор хананы материалын тасралтгүй ууршилтаас үүссэн өндөр температурын уураар дүүрдэг. Жижиг нүхний хана нь хайлсан металлаар хүрээлэгдсэн бөгөөд шингэн металл нь хатуу материалаар хүрээлэгдсэн байдаг (ихэнх уламжлалт гагнуурын процесс болон лазер дамжуулалтын гагнуурын үед энерги нь эхлээд ажлын хэсгийн гадаргуу дээр хуримтлагдаж, дараа нь дамжуулалтаар дотор тал руу зөөгддөг). Нүхний хананы гаднах шингэний урсгал болон хананы давхаргын гадаргуугийн хурцадмал байдал нь нүхний хөндийд тасралтгүй үүсгэсэн уурын даралттай фазтай нийцэж, динамик тэнцвэрийг хадгалдаг. Гэрлийн туяа нь жижиг нүх рүү тасралтгүй орж, жижиг нүхний гаднах материал нь тасралтгүй урсдаг. Гэрлийн туяа хөдлөхөд жижиг нүх үргэлж тогтвортой урсгалын төлөвт байдаг.

Өөрөөр хэлбэл, жижиг нүх болон нүхний ханыг тойрсон хайлсан металл нь нисгэгчийн дам нурууны урагшлах хурдтайгаар урагшилдаг. Хайлсан металл нь жижиг нүхийг авсны дараа үлдсэн зайг дүүргэж, зохих ёсоор конденсацлагдаж, гагнуур үүсдэг. Энэ бүхэн маш хурдан болдог тул гагнуурын хурд минутанд хэдэн метрт амархан хүрч чаддаг.

Чадлын нягтрал, дулаан дамжуулалтын гагнуур, гүн нэвтрэлтийн гагнуурын үндсэн ойлголтуудыг ойлгосны дараа бид өөр өөр цөмийн диаметрүүдийн чадлын нягтрал ба металлографийн фазуудын харьцуулсан шинжилгээг хийх болно.

Зах зээл дээрх түгээмэл лазерын гол диаметр дээр үндэслэсэн гагнуурын туршилтуудын харьцуулалт:

Өөр өөр цөмийн диаметртэй лазеруудын фокусын цэгийн байрлалын чадлын нягтрал

Чадлын нягтралын үүднээс авч үзвэл, ижил чадлын дор цөмийн диаметр бага байх тусам лазерын гэрэл гэгээ өндөр, энерги илүү төвлөрсөн байна. Хэрэв лазерыг хурц хутгатай харьцуулбал цөмийн диаметр бага байх тусам лазер илүү хурц байна. 14 мкм цөмийн диаметртэй лазерын чадлын нягтрал нь 100 мкм цөмийн диаметртэй лазерынхаас 50 дахин их бөгөөд боловсруулах чадвар нь илүү хүчтэй байна. Үүний зэрэгцээ энд тооцоолсон чадлын нягтрал нь зүгээр л дундаж нягтрал юм. Бодит энергийн тархалт нь ойролцоо Гауссын тархалт бөгөөд төвийн энерги нь дундаж чадлын нягтралаас хэд дахин их байх болно.

Өөр өөр цөмийн диаметртэй лазерын энергийн тархалтын бүдүүвч диаграмм

Эрчим хүчний тархалтын диаграммын өнгө нь энергийн тархалт юм. Өнгө улаан байх тусам энерги өндөр байна. Улаан энерги нь энерги төвлөрсөн газар юм. Өөр өөр цөмийн диаметртэй лазер туяаны лазер энергийн тархалтаар лазер туяаны урд хэсэг нь хурц биш, лазер туяа нь хурц болохыг харж болно. Нэг цэг дээр энерги бага байх тусам илүү төвлөрнө, илүү хурц бөгөөд нэвтрэх чадвар нь илүү хүчтэй байна.

Өөр өөр гол диаметртэй лазеруудын гагнуурын нөлөөллийн харьцуулалт

Өөр өөр гол диаметртэй лазеруудын харьцуулалт:

(1) Туршилтад 150мм/с хурдтай, фокусын байрлалд гагнуур ашигласан бөгөөд материал нь 1 цуврал хөнгөн цагаан, 2мм зузаантай;

(2) Гол диаметр нь том байх тусам хайлах өргөн нь том, дулаанд өртөх бүс нь том, нэгжийн чадлын нягтрал бага байх болно. Гол диаметр нь 200 мкм-ээс хэтэрсэн үед хөнгөн цагаан, зэс зэрэг өндөр урвалд ордог хайлш дээр нэвтрэлтийн гүнд хүрэхэд амаргүй бөгөөд зөвхөн өндөр хүчин чадлаар л гүн нэвтрэлтийн гагнуур хийж болно;

(3) Жижиг цөмт лазерууд нь өндөр чадлын нягтралтай бөгөөд өндөр энергитэй, бага дулаанд өртсөн бүстэй материалын гадаргуу дээр түлхүүрийн нүхийг хурдан цоолж чаддаг. Гэсэн хэдий ч гагнуурын гадаргуу нь барзгар бөгөөд бага хурдтай гагнуурын үед түлхүүрийн нүх нурах магадлал өндөр бөгөөд түлхүүрийн нүх нь гагнуурын мөчлөгийн үеэр хаагддаг. Цикл нь урт бөгөөд согог, нүх сүв зэрэг согог үүсэх магадлалтай. Энэ нь өндөр хурдтай боловсруулалт эсвэл савлуурын траектортой боловсруулалтад тохиромжтой;

(4) Том голчтой лазерууд нь илүү том гэрлийн толботой бөгөөд илүү тархсан энергитэй тул лазерын гадаргууг дахин хайлуулах, бүрэх, ариутгах болон бусад процесст илүү тохиромжтой.