Лазер ба материалын харилцан үйлчлэл нь олон физик үзэгдэл, шинж чанарыг агуулдаг. Дараагийн гурван нийтлэлд лазер гагнуурын үйл явцтай холбоотой гурван үндсэн физик үзэгдлийн талаар хамтран ажиллагсаддаа илүү тодорхой ойлголт өгөх болно.лазер гагнуурын үйл явц: лазер шингээх хурд болон төлөвийн өөрчлөлт, плазмын болон түлхүүрийн нүхний нөлөөнд хуваагдана. Энэ удаад бид лазер болон материалын төлөвийн өөрчлөлт, шингээлтийн хурд хоорондын хамаарлыг шинэчлэх болно.
Лазер ба материалын харилцан үйлчлэлийн улмаас үүссэн бодисын төлөв байдлын өөрчлөлт
Металл материалыг лазераар боловсруулах нь голчлон фототермаль эффектийн дулааны боловсруулалтад суурилдаг. Материалын гадаргуу дээр лазерын цацрагийг хэрэглэх үед өөр өөр эрчим хүчний нягтралтай материалын гадаргуугийн талбайд янз бүрийн өөрчлөлтүүд үүснэ. Эдгээр өөрчлөлтүүд нь гадаргуугийн температурын өсөлт, хайлах, уурших, гол нүх үүсэх, плазм үүсэх зэрэг орно. Түүнчлэн, материалын гадаргуугийн физик төлөвийн өөрчлөлт нь материалын лазерыг шингээхэд ихээхэн нөлөөлдөг. Эрчим хүчний нягтрал, үйл ажиллагааны хугацаа нэмэгдэхийн хэрээр металл материал дараах төлөвт өөрчлөлт орно.
Хэзээлазерын хүчнягтрал бага (<10 ^ 4w/cm ^ 2) ба цацрагийн хугацаа богино, металд шингэсэн лазерын энерги нь зөвхөн материалын температурыг гадаргуугаас дотогшоо өсгөхөд хүргэдэг боловч хатуу фаз өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. . Энэ нь голчлон эд анги, үе шат хувиргах хатууруулах эмчилгээнд ашиглагддаг бөгөөд багаж хэрэгсэл, араа, холхивч нь дийлэнх хувийг эзэлдэг;
Лазерын эрчим хүчний нягтрал (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) нэмэгдэж, цацрагийн хугацаа уртассанаар материалын гадаргуу аажмаар хайлдаг. Оролтын энерги нэмэгдэхийн хэрээр шингэн-хатуу интерфейс аажмаар материалын гүн хэсэг рүү шилждэг. Энэхүү физик процессыг голчлон гадаргууг дахин хайлуулах, хайлш хийх, бүрэх, металлын дулаан дамжуулалтыг гагнахад ашигладаг.
Цаашид эрчим хүчний нягтралыг (>10 ^ 6w/cm ^ 2) нэмэгдүүлж, лазерын үйл ажиллагааны хугацааг уртасгаснаар материалын гадаргуу хайлаад зогсохгүй уурших ба ууршсан бодисууд нь материалын гадаргууд ойртож, сул ионжуулж плазм үүсгэдэг. Энэхүү нимгэн плазм нь материалыг лазерыг шингээхэд тусалдаг; Ууршилт, тэлэлтийн даралтын дор шингэний гадаргуу нь хэв гажиж, нүх үүсгэдэг. Энэ үе шатыг лазер гагнуур, ихэвчлэн 0.5 мм-ийн доторх бичил холболтын дулаан дамжилтын гагнуурын ажилд ашиглаж болно.
Цаашид эрчим хүчний нягтрал (>10 ^ 7w/cm ^ 2) нэмэгдэж, цацрагийн хугацааг уртасгаснаар материалын гадаргуу нь хүчтэй ууршилтанд өртөж, өндөр иончлолын зэрэгтэй плазм үүсгэдэг. Энэхүү нягт плазм нь лазерыг хамгаалах үйлчилгээтэй бөгөөд лазерын цацрагийн энергийн нягтралыг ихээхэн бууруулдаг. Үүний зэрэгцээ, их хэмжээний уурын урвалын хүчинд хайлсан металл дотор түлхүүрийн нүх гэж нэрлэгддэг жижиг нүхнүүд үүсдэг. Түлхүүрийн нүхнүүд байгаа нь материалд лазер шингээхэд тустай бөгөөд энэ үе шатыг лазерын гүн хайлуулахад ашиглаж болно. гагнах, зүсэх, өрөмдөх, цохилтоор хатууруулах гэх мэт.
Янз бүрийн нөхцөлд янз бүрийн металл материал дээрх лазерын цацрагийн долгионы урт нь үе шат бүрт эрчим хүчний нягтын тодорхой утгыг бий болгоно.
Лазерыг материалын шингээлтийн хувьд материалын ууршилт нь хил хязгаар юм. Материал нь хатуу эсвэл шингэн үе шатанд ууршихгүй байх үед түүний лазер шингээлт нь зөвхөн гадаргуугийн температурын өсөлтөөр аажмаар өөрчлөгддөг; Материал нь ууршиж, плазм болон түлхүүрийн нүх үүсгэсний дараа материалын лазер шингээх чадвар гэнэт өөрчлөгдөнө.
Зураг 2-т үзүүлснээр лазер гагнуурын үед материалын гадаргуу дээрх лазерын шингээлтийн хурд нь лазерын эрчим хүчний нягтрал болон материалын гадаргуугийн температураас хамаарч өөр өөр байдаг. Материал хайлагдахгүй үед материалын гадаргуугийн температур нэмэгдэх тусам лазерын шингээлтийн хурд аажмаар нэмэгддэг. Эрчим хүчний нягтрал (10 ^ 6w/cm ^ 2) -ээс их байвал материал нь хүчтэй ууршиж, гол нүх үүсгэдэг. Лазер нь олон тооны тусгал, шингээлтийн гол нүхэнд ордог бөгөөд ингэснээр материалын лазерыг шингээх хурд мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, хайлах гүн мэдэгдэхүйц нэмэгддэг.
Металл материалаар лазерыг шингээх - долгионы урт
Дээрх зураг нь өрөөний температурт түгээмэл хэрэглэгддэг металлын тусгал, шингээх чадвар, долгионы уртын хоорондын хамаарлын муруйг харуулж байна. Хэт улаан туяаны бүсэд долгионы урт нэмэгдэх тусам шингээлтийн хурд буурч, тусгал нэмэгддэг. Ихэнх металууд нь 10.6um (CO2) долгионы урттай хэт улаан туяаны гэрлийг хүчтэй тусгадаг бол 1.06um (1060nm) долгионы урттай хэт улаан туяаны гэрлийг сул тусгадаг. Металл материал нь цэнхэр, ногоон гэрэл гэх мэт богино долгионы лазерыг шингээх чадвар өндөртэй байдаг.
Металл материалаар лазерыг шингээх - Материалын температур ба лазерын энергийн нягтрал
Хөнгөн цагааны хайлшийг жишээ болгон авч үзвэл, материал нь хатуу үед лазерын шингээлтийн түвшин 5-7% орчим, шингэний шингээлтийн түвшин 25-35% хүртэл байдаг ба нүхний төлөвт энэ нь 90% -иас дээш байдаг.
Материалын лазерыг шингээх хурд нь температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Өрөөний температурт метал материалын шингээлтийн түвшин маш бага байдаг. Температур нь хайлах цэг хүртэл нэмэгдэхэд түүний шингээлтийн түвшин 40% ~ 60% хүрч болно. Хэрэв температур нь буцалгах цэгт ойрхон байвал түүний шингээлтийн түвшин 90% хүрч болно.
Металл материалаар лазерыг шингээх - Гадаргуугийн байдал
Уламжлалт шингээлтийн хурдыг гөлгөр металл гадаргууг ашиглан хэмждэг боловч лазераар халаах практик хэрэглээнд ихэвчлэн өндөр тусгалын улмаас хуурамч гагнахаас зайлсхийхийн тулд тодорхой өндөр тусгалтай материал (хөнгөн цагаан, зэс) шингээх хурдыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай байдаг;
Дараах аргуудыг ашиглаж болно.
1. Лазерын тусгалыг сайжруулахын тулд гадаргуугийн урьдчилсан боловсруулалтын зохих процессуудыг нэвтрүүлэх: прототипийн исэлдэлт, элс цацах, лазераар цэвэрлэх, никель бүрэх, цагаан тугалга бүрэх, бал чулуугаар бүрэх гэх мэт нь лазерын шингээх чадварыг сайжруулдаг;
Гол нь материалын гадаргуугийн барзгар байдлыг нэмэгдүүлэх (энэ нь олон тооны лазерын тусгал, шингээлтэнд тустай), түүнчлэн шингээлтийн өндөр хурдтай бүрэх материалыг нэмэгдүүлэх явдал юм. Лазерын энергийг шингээж, өндөр шингээлттэй материалаар дамжуулан хайлж, дэгдэмхийлүүлснээр лазерын дулааныг үндсэн материал руу дамжуулж, материалын шингээлтийн хурдыг сайжруулж, өндөр тусгалын үзэгдлийн улмаас үүссэн виртуал гагнуурыг бууруулдаг.
Шуудангийн цаг: 2023 оны 11-р сарын 23
