D'Interaktioun tëscht Laser a Materialien ëmfaasst vill physikalesch Phänomener a Charakteristiken. Déi nächst dräi Artikelen wäerten déi dräi Schlësselphysikalesch Phänomener am Zesummenhang mam Laserschweissprozess virstellen, fir de Kollegen e méi kloert Verständnis dovun ze ginn.Laserschweissprozess: opgedeelt an Laserabsorptiounsquote a Verännerungen am Zoustand, Plasma a Schlëssellacheffekt. Dës Kéier wäerte mir d'Bezéiung tëscht Verännerungen am Zoustand vum Laser a Materialien an der Absorptiounsquote aktualiséieren.
Ännerungen am Zoustand vun der Matière, verursaacht duerch d'Interaktioun tëscht Laser a Materialien
D'Laserveraarbechtung vu Metallmaterialien baséiert haaptsächlech op der thermescher Veraarbechtung vu photothermeschen Effekter. Wann Laserbestrahlung op d'Materialuewerfläch ugewannt gëtt, geschéien verschidde Verännerungen an der Uewerfläch vum Material bei verschiddenen Energiedichten. Dës Verännerungen enthalen den Anstieg vun der Uewerflächentemperatur, d'Schmëlzen, d'Verdampfung, d'Bildung vu Schlëssellachen an d'Plasmageneratioun. Ausserdeem beaflossen d'Verännerungen am physeschen Zoustand vun der Materialuewerfläch d'Absorptioun vum Laser duerch d'Material staark. Mat der Erhéijung vun der Energiedicht an der Wierkungszäit wäert d'Metallmaterial déi folgend Zoustandsännerungen duerchmaachen:
Wann denLaserleistungWann d'Dicht niddreg ass (<10 ^ 4w/cm ^ 2) an d'Bestrahlungszäit kuerz ass, kann d'Laserenergie, déi vum Metall absorbéiert gëtt, nëmmen d'Temperatur vum Material vun der Uewerfläch no bannen eropgoen, awer d'Festphas bleift onverännert. Et gëtt haaptsächlech fir d'Glühung vun Deeler an d'Phasentransformatiounshärtung benotzt, woubäi Werkzeuge, Zännrieder a Lager am Groussen a Ganzen benotzt ginn;
Mat der Erhéijung vun der Laserleistungsdicht (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm^2) an der Verlängerung vun der Bestrahlungszäit schmëlzt d'Uewerfläch vum Material lues a lues. Mat der Erhéijung vun der Inputenergie beweegt sech d'Grenzfläch tëscht Flëssegkeet a Feststoff lues a lues a Richtung vum déiwen Deel vum Material. Dëse physikalesche Prozess gëtt haaptsächlech fir d'Ëmschmëlzen vun der Uewerfläch, d'Legierung, d'Beschichtung an d'Wärmeleitfäegkeetsschweißen vu Metaller benotzt.
Duerch d'weider Erhéijung vun der Leeschtungsdicht (>10 ^ 6w/cm ^ 2) an d'Verlängerung vun der Laserwierkungszäit schmëlzt d'Materialuewerfläch net nëmmen, mä verdampft och, an déi verdampft Substanzen sammelen sech no bei der Materialuewerfläch a ioniséieren schwaach fir e Plasma ze bilden. Dëst dënn Plasma hëlleft dem Material de Laser z'absorbéieren; Ënnert dem Drock vun der Verdampfung an der Expansioun deforméiert sech d'Flëssegkeetsuewerfläch a bildt Lächer. Dës Etapp kann fir Laserschweißen benotzt ginn, normalerweis beim Spleiss- a Wärmeleitfäegkeetsschweißen vu Mikroverbindungen bannent 0,5 mm.
Duerch d'weider Erhéijung vun der Leeschtungsdicht (>10 ^ 7w/cm ^ 2) an d'Verlängerung vun der Bestrahlungszäit, gëtt d'Materialuewerfläch staark verdampft, wouduerch e Plasma mat engem héijen Ioniséierungsgrad entsteet. Dëst dicht Plasma huet en ofschirmenden Effekt op de Laser, wouduerch d'Energiedicht vum Laser, deen an d'Material fällt, staark reduzéiert gëtt. Gläichzäiteg ginn ënner enger grousser Dampfreaktiounskraaft kleng Lächer, allgemeng als Schlëssellächer bekannt, am geschmoltenem Metall geformt. D'Existenz vu Schlëssellächer ass virdeelhaft fir d'Material fir Laser z'absorbéieren, an dës Etapp kann fir Laserdéifschweißen, Schneiden a Bueren, Schlaghärtung, etc. benotzt ginn.
Ënner verschiddene Konditiounen féieren ënnerschiddlech Wellelängten vun der Laserbestrahlung op verschidde Metallmaterialien zu spezifesche Wäerter vun der Leeschtungsdicht an all Etapp.
Wat d'Absorptioun vu Laser duerch Materialien ugeet, ass d'Verdampfung vu Materialien eng Grenz. Wann d'Material keng Verdampfung mécht, egal ob an der fester oder flësseger Phas, ännert sech seng Laserabsorptioun nëmme lues mat der Erhéijung vun der Uewerflächentemperatur; soubal d'Material verdampft a Plasma a Schlëssellächer bildt, ännert sech d'Laserabsorptioun vum Material op eemol.
Wéi an der Figur 2 gewisen, variéiert d'Absorptiounsquote vum Laser op der Materialuewerfläch beim Laserschweißen mat der Laserleistungsdicht an der Materialuewerflächentemperatur. Wann d'Material net geschmolz ass, klëmmt d'Absorptiounsquote vum Material zum Laser lues a lues mat der Erhéijung vun der Materialuewerflächentemperatur. Wann d'Leistungsdicht méi grouss wéi (10 ^ 6w/cm ^ 2) ass, verdampft d'Material hefteg a bildt e Schlëssellach. De Laser trëtt an d'Schlëssellach fir multiple Reflexiounen an Absorptioun an, wat zu enger bedeitender Erhéijung vun der Absorptiounsquote vum Material zum Laser an enger bedeitender Erhéijung vun der Schmelzdéift féiert.
Absorptioun vu Laser duerch Metallmaterialien - Wellelängt
Déi uewe genannte Figur weist d'Bezéiungskurve tëscht der Reflexiounsfäegkeet, der Absorptioun an der Wellelängt vun übleche Metaller bei Raumtemperatur. Am Infraroutberäich hëlt d'Absorptiounsquote of an d'Reflexiounsfäegkeet klëmmt mat der Erhéijung vun der Wellelängt. Déi meescht Metaller reflektéieren Infraroutliicht mat enger Wellelängt vun 10,6 µm (CO2) staark, während se Infraroutliicht mat enger Wellelängt vun 1,06 µm (1060 nm) schwaach reflektéieren. Metallmaterialien hunn méi héich Absorptiounsquoten fir kuerzwellelaang Laser, wéi blo a gréngt Liicht.
Absorptioun vu Laser duerch Metallmaterialien - Materialtemperatur a Laserenergiedicht
Wann een zum Beispill eng Aluminiumlegierung hëlt, ass d'Laserabsorptiounsquote bei engem festen Material ongeféier 5-7%, d'Flëssegkeetsabsorptiounsquote bis zu 25-35%, an am Schlëssellachzoustand kann et iwwer 90% erreechen.
D'Absorptiounsquote vum Material beim Laser klëmmt mat eropgoender Temperatur. D'Absorptiounsquote vu Metallmaterialien ass bei Raumtemperatur ganz niddreg. Wann d'Temperatur no beim Schmelzpunkt klëmmt, kann hir Absorptiounsquote 40%~60% erreechen. Wann d'Temperatur no beim Kachpunkt ass, kann hir Absorptiounsquote bis zu 90% erreechen.
Absorptioun vu Laser duerch Metallmaterialien - Uewerflächenzoustand
Déi konventionell Absorptiounsquote gëtt mat enger glatter Metalluewerfläch gemooss, awer a prakteschen Uwendungen vun der Laserheizung ass et normalerweis néideg, d'Absorptiounsquote vu bestëmmte Materialien mat héijer Reflexioun (Aluminium, Koffer) ze erhéijen, fir falsch Läiten ze vermeiden, déi duerch héich Reflexioun verursaacht gëtt;
Déi folgend Methode kënne benotzt ginn:
1. D'Adoptioun vun passenden Uewerflächenvirbehandlungsprozesser fir d'Reflexioun vum Laser ze verbesseren: Prototypoxidatioun, Sandstrahlen, Laserreinigung, Vernickelung, Verzinnung, Graphitbeschichtung, etc. kënnen all d'Absorptiounsquote vum Lasermaterial verbesseren;
De Kär ass d'Rauheet vun der Materialuewerfläch ze erhéijen (wat zu multiple Laserreflexiounen an Absorptioun förderlech ass), souwéi d'Beschichtungsmaterial mat héijer Absorptiounsquote ze erhéijen. Duerch d'Absorptioun vu Laserenergie a Schmelz a Verflüchtegung duerch Materialien mat héijer Absorptiounsquote gëtt d'Laserhëtzt un d'Basismaterial iwwerdroen, fir d'Materialabsorptiounsquote ze verbesseren an d'virtuell Schweessung ze reduzéieren, déi duerch d'Héichreflexiounsphänomen verursaacht gëtt.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 23. November 2023
