Лазер болон материалын харилцан үйлчлэл нь олон физик үзэгдэл, шинж чанарыг хамардаг. Дараагийн гурван өгүүлэлд лазер гагнуурын процесстой холбоотой гурван гол физик үзэгдлийг танилцуулж, хамт ажиллагсдад илүү тодорхой ойлголт өгөх болно.лазер гагнуурын үйл явц: лазерын шингээлтийн хурд ба төлөв байдлын өөрчлөлт, плазмын болон түлхүүрийн нүхний эффект гэж хуваагддаг. Энэ удаад бид лазерын болон материалын төлөв байдлын өөрчлөлт ба шингээлтийн хурдны хоорондын хамаарлыг шинэчлэх болно.
Лазер ба материалын харилцан үйлчлэлээс үүдэлтэй бодисын төлөв байдлын өөрчлөлт
Металл материалыг лазераар боловсруулах нь голчлон фототермаль эффектийн дулааны боловсруулалт дээр суурилдаг. Лазерын цацрагийг материалын гадаргуу дээр хэрэглэхэд материалын гадаргуугийн талбайд янз бүрийн чадлын нягтралтайгаар янз бүрийн өөрчлөлтүүд гарна. Эдгээр өөрчлөлтүүдэд гадаргуугийн температурын өсөлт, хайлалт, ууршилт, түлхүүрийн нүх үүсэх, плазмын үүсэлт орно. Түүнчлэн, материалын гадаргуугийн талбайн физик төлөв байдлын өөрчлөлт нь материалын лазерын шингээлтэд ихээхэн нөлөөлдөг. Чадлын нягтрал болон үйлчлэх хугацаа нэмэгдэхийн хэрээр металл материалын төлөв байдалд дараах өөрчлөлтүүд орно.
Хэзээлазерын хүчнягтрал бага (<10 ^ 4w/cm ^ 2) ба цацраг туяаны хугацаа богино, металлаар шингээгдсэн лазерын энерги нь зөвхөн материалын температурыг гадаргуугаас дотогш нь нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг боловч хатуу фаз нь өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Үүнийг голчлон эд ангийг цэвэрлэх, фазын хувиргалтын хатуурлын боловсруулалтад ашигладаг бөгөөд багаж хэрэгсэл, араа, холхивч нь дийлэнх хэсгийг эзэлдэг;
Лазерын чадлын нягтрал (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) нэмэгдэж, цацраг туяаны хугацаа уртасахын хэрээр материалын гадаргуу аажмаар хайлдаг. Оролтын энерги нэмэгдэхийн хэрээр шингэн-хатуу гадаргуугийн интерфейс аажмаар материалын гүн хэсэг рүү шилждэг. Энэхүү физик процессыг голчлон металлын гадаргууг дахин хайлуулах, хайлуулах, бүрэх, дулаан дамжуулалтыг гагнахад ашигладаг.
Чадлын нягтралыг (>10 ^ 6w/cm ^ 2) цаашид нэмэгдүүлж, лазерын үйлчлэх хугацааг уртасгаснаар материалын гадаргуу хайлаад зогсохгүй ууршиж, ууршсан бодисууд материалын гадаргуугийн ойролцоо цугларч, сул ионжиж, плазм үүсгэдэг. Энэхүү нимгэн плазм нь материалд лазерыг шингээхэд тусалдаг; Ууршилт ба тэлэлтийн даралтын дор шингэн гадаргуу нь деформацид орж, нүх үүсгэдэг. Энэ үе шатыг лазер гагнуурт ашиглаж болно, ихэвчлэн 0.5 мм доторх бичил холболтыг дулаан дамжуулалтаар гагнах үед.
Чадлын нягтралыг (>10 ^ 7w/cm ^ 2) цаашид нэмэгдүүлж, цацрагийн хугацааг уртасгаснаар материалын гадаргуу хүчтэй ууршилтанд орж, ионжуулалтын өндөр зэрэгтэй плазм үүсгэдэг. Энэхүү нягт плазм нь лазерт хамгаалалтын нөлөө үзүүлдэг бөгөөд материалд тусах лазерын энергийн нягтралыг эрс бууруулдаг. Үүний зэрэгцээ, их хэмжээний уурын урвалын хүчний нөлөөн дор хайлсан металлын дотор жижиг нүхнүүд буюу түлхүүрийн нүхнүүд үүсдэг. Түлхүүрийн нүхнүүд байгаа нь материалд лазерыг шингээхэд ашигтай бөгөөд энэ үе шатыг лазерын гүн хайлуулах гагнуур, зүсэлт ба өрөмдлөг, цохилтын хатуурал гэх мэтэд ашиглаж болно.
Өөр өөр нөхцөлд өөр өөр металл материал дээр лазерын цацрагийн өөр өөр долгионы урт нь үе шат бүрт чадлын нягтралын тодорхой утгыг бий болгоно.
Лазерыг материалаар шингээх тал дээр материалын ууршилт нь хил хязгаар юм. Хатуу эсвэл шингэн үе шатанд байгаа эсэхээс үл хамааран материал ууршилтад орохгүй үед түүний лазерын шингээлт нь гадаргуугийн температур нэмэгдэхийн хэрээр аажмаар өөрчлөгддөг; материал ууршиж, плазм болон түлхүүрийн нүх үүсгэсний дараа материалын лазерын шингээлт гэнэт өөрчлөгддөг.
Зураг 2-т үзүүлсэнчлэн, лазер гагнуурын үед материалын гадаргуу дээрх лазерын шингээлтийн хурд нь лазерын чадлын нягтрал болон материалын гадаргуугийн температураас хамаарч өөр өөр байдаг. Материал хайлаагүй үед материалын лазерт шингээлтийн хурд нь материалын гадаргуугийн температур нэмэгдэхийн хэрээр аажмаар нэмэгддэг. Чадлын нягтрал (10 ^ 6w/cm ^ 2)-ээс их байх үед материал хүчтэй ууршиж, түлхүүрийн нүх үүсгэдэг. Лазер нь түлхүүрийн нүхэнд олон удаагийн тусгал болон шингээлтийн зорилгоор орж, улмаар материалын лазерт шингээлтийн хурд мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, хайлах гүн мэдэгдэхүйц нэмэгддэг.
Металл материалаар лазер шингээлт – Долгионы урт
Дээрх зурагт өрөөний температурт түгээмэл хэрэглэгддэг металлын ойлт, шингээлт болон долгионы уртын хоорондын хамаарлын муруйг харуулав. Хэт улаан туяаны бүсэд шингээлтийн хурд буурч, ойлт нь долгионы урт нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгддэг. Ихэнх металлууд 10.6 ум (CO2) долгионы урттай хэт улаан туяаны гэрлийг хүчтэй тусгадаг бол 1.06 ум (1060 нм) долгионы урттай хэт улаан туяаны гэрлийг сул тусгадаг. Цэнхэр, ногоон гэрэл гэх мэт богино долгионы лазеруудад металл материалууд илүү өндөр шингээлтийн хурдтай байдаг.
Металл материалаар лазер шингээлт – Материалын температур ба лазерын энергийн нягтрал
Жишээлбэл, хөнгөн цагааны хайлшийг авч үзвэл, материал нь хатуу үед лазерын шингээлтийн хэмжээ 5-7% орчим, шингэн шингээлтийн хэмжээ 25-35% хүртэл байдаг бөгөөд цоожны нүхний төлөвт 90% -иас дээш хүрч болно.
Лазерын материалын шингээлтийн хэмжээ температур нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгддэг. Өрөөний температурт металл материалын шингээлтийн хэмжээ маш бага байдаг. Температур хайлах цэгт ойртоход шингээлтийн хэмжээ 40% ~ 60% хүрч болно. Хэрэв температур буцлах цэгт ойрхон байвал шингээлтийн хэмжээ 90% хүртэл хүрч болно.
Металл материалаар лазер шингээлт - Гадаргуугийн байдал
Уламжлалт шингээлтийн хурдыг гөлгөр металл гадаргууг ашиглан хэмждэг боловч лазер халаалтын практик хэрэглээнд өндөр тусгалаас үүдэлтэй хуурамч гагнуураас зайлсхийхийн тулд тодорхой өндөр тусгалтай материал (хөнгөн цагаан, зэс)-ийн шингээлтийн хурдыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай байдаг;
Дараах аргуудыг ашиглаж болно:
1. Лазерын тусгалыг сайжруулахын тулд гадаргууг урьдчилан боловсруулах зохих процессыг хэрэгжүүлэх: туршилтын исэлдэлт, элс цацах, лазер цэвэрлэх, никель бүрэх, цагаан тугалган бүрэх, бал чулуун бүрэх гэх мэт нь бүгд лазерын материалын шингээлтийн хурдыг сайжруулж чадна;
Гол нь материалын гадаргуугийн барзгар байдлыг нэмэгдүүлэх (энэ нь олон лазерын тусгал болон шингээлтийг дэмждэг), мөн өндөр шингээлтийн хурдтай бүрэх материалыг нэмэгдүүлэх явдал юм. Лазерын энергийг шингээж, өндөр шингээлтийн хурдтай материалаар дамжуулан хайлуулж, ууршуулах замаар лазерын дулааныг суурь материал руу дамжуулж, материалын шингээлтийн хурдыг сайжруулж, өндөр тусгалаас үүдэлтэй виртуал гагнуурыг бууруулдаг.
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 11-р сарын 23
