लेज़र अवशोषण दर और लेज़र सामग्री अंतःक्रिया के पदार्थ की स्थिति में परिवर्तन

लेज़र और सामग्रियों के बीच परस्पर क्रिया में कई भौतिक घटनाएं और विशेषताएं शामिल होती हैं। अगले तीन लेख सहकर्मियों को स्पष्ट समझ प्रदान करने के लिए लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया से संबंधित तीन प्रमुख भौतिक घटनाओं का परिचय देंगे।लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया: लेजर अवशोषण दर और राज्य, प्लाज्मा और कीहोल प्रभाव में परिवर्तन में विभाजित। इस बार, हम लेजर और सामग्री की स्थिति और अवशोषण दर में परिवर्तन के बीच संबंध को अपडेट करेंगे।

लेजर और सामग्रियों के बीच परस्पर क्रिया के कारण पदार्थ की स्थिति में परिवर्तन

धातु सामग्री का लेजर प्रसंस्करण मुख्य रूप से फोटोथर्मल प्रभावों के थर्मल प्रसंस्करण पर आधारित है। जब लेजर विकिरण को सामग्री की सतह पर लागू किया जाता है, तो विभिन्न शक्ति घनत्वों पर सामग्री के सतह क्षेत्र में विभिन्न परिवर्तन होंगे। इन परिवर्तनों में सतह के तापमान में वृद्धि, पिघलना, वाष्पीकरण, कीहोल का निर्माण और प्लाज्मा उत्पादन शामिल हैं। इसके अलावा, सामग्री सतह क्षेत्र की भौतिक स्थिति में परिवर्तन सामग्री के लेजर अवशोषण को बहुत प्रभावित करता है। शक्ति घनत्व और क्रिया समय में वृद्धि के साथ, धातु सामग्री की स्थिति में निम्नलिखित परिवर्तन होंगे:

जबलेजर शक्तिघनत्व कम है (<10 ^ 4w/सेमी ^ 2) और विकिरण का समय कम है, धातु द्वारा अवशोषित लेजर ऊर्जा केवल सामग्री के तापमान को सतह से अंदर तक बढ़ा सकती है, लेकिन ठोस चरण अपरिवर्तित रहता है . इसका उपयोग मुख्य रूप से पार्ट एनीलिंग और चरण परिवर्तन सख्त उपचार के लिए किया जाता है, जिसमें उपकरण, गियर और बीयरिंग बहुसंख्यक होते हैं;

लेज़र पावर घनत्व (10 ^ 4-10 ^ 6w/सेमी ^ 2) में वृद्धि और विकिरण समय के बढ़ने के साथ, सामग्री की सतह धीरे-धीरे पिघलती है। जैसे-जैसे इनपुट ऊर्जा बढ़ती है, तरल-ठोस इंटरफ़ेस धीरे-धीरे सामग्री के गहरे हिस्से की ओर बढ़ता है। इस भौतिक प्रक्रिया का उपयोग मुख्य रूप से धातुओं की सतह को पिघलाने, मिश्रधातु बनाने, आवरण बनाने और तापीय चालकता वेल्डिंग के लिए किया जाता है।

शक्ति घनत्व (>10 ^ 6w/सेमी ^ 2) को और बढ़ाने और लेजर क्रिया समय को बढ़ाने से, सामग्री की सतह न केवल पिघलती है बल्कि वाष्पीकृत भी हो जाती है, और वाष्पीकृत पदार्थ सामग्री की सतह के पास इकट्ठा होते हैं और प्लाज्मा बनाने के लिए कमजोर रूप से आयनित होते हैं। यह पतला प्लाज्मा सामग्री को लेजर को अवशोषित करने में मदद करता है; वाष्पीकरण और विस्तार के दबाव में, तरल सतह विकृत हो जाती है और गड्ढे बन जाती है। इस चरण का उपयोग लेजर वेल्डिंग के लिए किया जा सकता है, आमतौर पर 0.5 मिमी के भीतर सूक्ष्म कनेक्शन की स्प्लिसिंग तापीय चालकता वेल्डिंग में।

शक्ति घनत्व (>10 ^ 7w/सेमी ^ 2) को और बढ़ाकर और विकिरण समय को बढ़ाकर, सामग्री की सतह मजबूत वाष्पीकरण से गुजरती है, जिससे उच्च आयनीकरण डिग्री वाला प्लाज्मा बनता है। इस सघन प्लाज़्मा का लेज़र पर परिरक्षण प्रभाव पड़ता है, जिससे सामग्री में लेज़र घटना की ऊर्जा घनत्व बहुत कम हो जाती है। उसी समय, एक बड़े वाष्प प्रतिक्रिया बल के तहत, छोटे छेद, जिन्हें आमतौर पर कीहोल के रूप में जाना जाता है, पिघली हुई धातु के अंदर बनते हैं, कीहोल का अस्तित्व लेजर को अवशोषित करने के लिए सामग्री के लिए फायदेमंद है, और इस चरण का उपयोग लेजर गहरे संलयन के लिए किया जा सकता है वेल्डिंग, काटना और ड्रिलिंग, प्रभाव सख्त करना, आदि।

विभिन्न परिस्थितियों में, विभिन्न धातु सामग्रियों पर लेजर विकिरण की विभिन्न तरंग दैर्ध्य के परिणामस्वरूप प्रत्येक चरण में शक्ति घनत्व के विशिष्ट मान प्राप्त होंगे।

सामग्रियों द्वारा लेजर के अवशोषण के संदर्भ में, सामग्रियों का वाष्पीकरण एक सीमा है। जब सामग्री वाष्पीकरण से नहीं गुजरती है, चाहे वह ठोस या तरल चरण में हो, तो लेजर का उसका अवशोषण केवल सतह के तापमान में वृद्धि के साथ धीरे-धीरे बदलता है; एक बार जब सामग्री वाष्पीकृत हो जाती है और प्लाज्मा और कीहोल बनाती है, तो सामग्री का लेजर अवशोषण अचानक बदल जाएगा।

जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, लेजर वेल्डिंग के दौरान सामग्री की सतह पर लेजर की अवशोषण दर लेजर पावर घनत्व और सामग्री सतह के तापमान के साथ भिन्न होती है। जब सामग्री पिघलती नहीं है, तो सामग्री की सतह के तापमान में वृद्धि के साथ लेजर में सामग्री की अवशोषण दर धीरे-धीरे बढ़ जाती है। जब शक्ति घनत्व (10 ^ 6w/सेमी ^ 2) से अधिक होता है, तो सामग्री तेजी से वाष्पीकृत हो जाती है, जिससे एक कीहोल बन जाता है। लेज़र कई प्रतिबिंबों और अवशोषण के लिए कीहोल में प्रवेश करता है, जिसके परिणामस्वरूप लेज़र में सामग्री की अवशोषण दर में उल्लेखनीय वृद्धि होती है और पिघलने की गहराई में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

धातु सामग्री द्वारा लेजर का अवशोषण - तरंग दैर्ध्य

उपरोक्त चित्र कमरे के तापमान पर आमतौर पर उपयोग की जाने वाली धातुओं की परावर्तनशीलता, अवशोषण और तरंग दैर्ध्य के बीच संबंध वक्र को दर्शाता है। अवरक्त क्षेत्र में, अवशोषण दर कम हो जाती है और तरंग दैर्ध्य बढ़ने के साथ परावर्तनशीलता बढ़ जाती है। अधिकांश धातुएँ 10.6um (CO2) तरंग दैर्ध्य अवरक्त प्रकाश को दृढ़ता से प्रतिबिंबित करती हैं जबकि 1.06um (1060nm) तरंग दैर्ध्य अवरक्त प्रकाश को कमजोर रूप से प्रतिबिंबित करती हैं। धातु सामग्री में छोटी तरंग दैर्ध्य लेज़रों, जैसे नीली और हरी रोशनी, के लिए अवशोषण दर अधिक होती है।

धातु सामग्री द्वारा लेजर का अवशोषण - सामग्री तापमान और लेजर ऊर्जा घनत्व

एक उदाहरण के रूप में एल्यूमीनियम मिश्र धातु लेते हुए, जब सामग्री ठोस होती है, तो लेजर अवशोषण दर लगभग 5-7% होती है, तरल अवशोषण दर 25-35% तक होती है, और यह कीहोल अवस्था में 90% से अधिक तक पहुंच सकती है।

बढ़ते तापमान के साथ लेजर में सामग्री की अवशोषण दर बढ़ जाती है। कमरे के तापमान पर धातु सामग्री की अवशोषण दर बहुत कम होती है। जब तापमान पिघलने बिंदु के करीब पहुंच जाता है, तो इसकी अवशोषण दर 40% ~ 60% तक पहुंच सकती है। यदि तापमान क्वथनांक के करीब है, तो इसकी अवशोषण दर 90% तक पहुँच सकती है।

धातु सामग्री द्वारा लेजर का अवशोषण - सतह की स्थिति

पारंपरिक अवशोषण दर को एक चिकनी धातु की सतह का उपयोग करके मापा जाता है, लेकिन लेजर हीटिंग के व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, उच्च प्रतिबिंब के कारण होने वाली झूठी सोल्डरिंग से बचने के लिए आमतौर पर कुछ उच्च प्रतिबिंब सामग्री (एल्यूमीनियम, तांबा) की अवशोषण दर को बढ़ाना आवश्यक होता है;

निम्नलिखित विधियों का उपयोग किया जा सकता है:

1. लेजर की परावर्तनशीलता में सुधार के लिए उपयुक्त सतह पूर्व-उपचार प्रक्रियाओं को अपनाना: प्रोटोटाइप ऑक्सीकरण, सैंडब्लास्टिंग, लेजर सफाई, निकल चढ़ाना, टिन चढ़ाना, ग्रेफाइट कोटिंग, आदि सभी लेजर की सामग्री की अवशोषण दर में सुधार कर सकते हैं;

कोर का उद्देश्य सामग्री की सतह की खुरदरापन को बढ़ाना है (जो कई लेजर प्रतिबिंबों और अवशोषण के लिए अनुकूल है), साथ ही उच्च अवशोषण दर के साथ कोटिंग सामग्री को बढ़ाना है। लेजर ऊर्जा को अवशोषित करके और उच्च अवशोषण दर सामग्री के माध्यम से इसे पिघलाकर और अस्थिर करके, सामग्री अवशोषण दर में सुधार करने और उच्च प्रतिबिंब घटना के कारण आभासी वेल्डिंग को कम करने के लिए लेजर गर्मी को आधार सामग्री में प्रेषित किया जाता है।