სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერების შედუღების ეფექტის შედარება

ლაზერული შედუღებამიიღწევა უწყვეტი ან იმპულსური ლაზერის სხივების გამოყენებით. პრინციპებილაზერული შედუღებაშეიძლება დაიყოს სითბოგამტარ შედუღებად და ლაზერულ ღრმა შეღწევად შედუღებად. როდესაც სიმძლავრის სიმკვრივე 104~105 W/cm2-ზე ნაკლებია, ეს არის თბოგამტარობის შედუღება. ამ დროს შეღწევადობის სიღრმე არაღრმაა და შედუღების სიჩქარე ნელი; როდესაც სიმძლავრის სიმკვრივე აღემატება 105~107 ვტ/სმ2-ს, ლითონის ზედაპირი სითბოს გამო ჩაზნექილია „ხვრელებში“ და ქმნის ღრმა შეღწევადობის შედუღებას, რომელსაც აქვს შედუღების სწრაფი სიჩქარის და დიდი ასპექტის თანაფარდობის მახასიათებლები. თერმული გამტარობის პრინციპილაზერული შედუღებაარის: ლაზერული გამოსხივება აცხელებს დასამუშავებელ ზედაპირს და ზედაპირის სითბო შიგნიდან თერმული გამტარობის მეშვეობით ვრცელდება. ლაზერული პარამეტრების კონტროლით, როგორიცაა ლაზერული პულსის სიგანე, ენერგია, პიკური სიმძლავრე და გამეორების სიხშირე, სამუშაო ნაწილი დნება კონკრეტული გამდნარი აუზის შესაქმნელად.

ლაზერული ღრმა შეღწევადობის შედუღება ძირითადად იყენებს უწყვეტ ლაზერის სხივს მასალების კავშირის დასასრულებლად. მისი მეტალურგიული ფიზიკური პროცესი ძალიან ჰგავს ელექტრონული სხივით შედუღების პროცესს, ანუ ენერგიის გარდაქმნის მექანიზმი სრულდება "გასაღების ხვრელის" სტრუქტურის მეშვეობით.

საკმარისად მაღალი სიმძლავრის მქონე ლაზერული დასხივების ქვეშ, მასალა აორთქლდება და იქმნება მცირე ხვრელები. ორთქლით სავსე ეს პატარა ხვრელი შავ სხეულს ჰგავს, რომელიც შთანთქავს დაცემის სხივის თითქმის მთელ ენერგიას. წონასწორობის ტემპერატურა ხვრელში დაახლოებით 2500-ს აღწევს°გ. სითბო გადადის მაღალი ტემპერატურის ნახვრეტის გარე კედლიდან, რაც იწვევს ხვრელის მიმდებარე ლითონის დნობას. პატარა ხვრელი ივსება მაღალი ტემპერატურის ორთქლით, რომელიც წარმოიქმნება კედლის მასალის უწყვეტი აორთქლების შედეგად სხივის დასხივების ქვეშ. პატარა ხვრელის კედლები გარშემორტყმულია გამდნარი ლითონით, ხოლო თხევადი ლითონი გარშემორტყმულია მყარი მასალებით (უმეტეს ჩვეულებრივ შედუღების პროცესებში და ლაზერული გამტარობის შედუღებისას, ენერგია ჯერ დეპონირდება სამუშაო ნაწილის ზედაპირზე და შემდეგ ტრანსპორტირება ხდება შიგნიდან. ). თხევადი ნაკადი ხვრელის კედლის გარეთ და კედლის ფენის ზედაპირული დაძაბულობა ფაზაშია ხვრელების ღრუში მუდმივად წარმოქმნილი ორთქლის წნევა და ინარჩუნებს დინამიურ ბალანსს. სინათლის სხივი განუწყვეტლივ შედის პატარა ხვრელში, ხოლო მასალა პატარა ხვრელის გარეთ განუწყვეტლივ მიედინება. სინათლის სხივის მოძრაობისას პატარა ხვრელი ყოველთვის სტაბილურ მდგომარეობაშია.

ანუ, პატარა ხვრელი და ნახვრეტის კედლის მიმდებარე გამდნარი ლითონი წინ მიიწევს პილოტის სხივის წინსვლის სიჩქარით. გამდნარი ლითონი ავსებს მცირე ხვრელის ამოღების შემდეგ დარჩენილ უფსკრულის და შესაბამისად კონდენსირდება და წარმოიქმნება შედუღება. ეს ყველაფერი ისე სწრაფად ხდება, რომ შედუღების სიჩქარე წუთში რამდენიმე მეტრს ადვილად აღწევს.

სიმძლავრის სიმკვრივის, თბოგამტარობის შედუღების და ღრმა შეღწევადობის შედუღების ძირითადი ცნებების გააზრების შემდეგ, ჩვენ განვიხილავთ სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის სიმძლავრის სიმკვრივისა და მეტალოგრაფიული ფაზების შედარებით ანალიზს.

შედუღების ექსპერიმენტების შედარება ბაზარზე გავრცელებული ლაზერული ბირთვის დიამეტრებზე დაყრდნობით:

სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერების ფოკუსური წერტილის პოზიციის სიმძლავრე

სიმძლავრის სიმკვრივის თვალსაზრისით, იგივე სიმძლავრის პირობებში, რაც უფრო მცირეა ბირთვის დიამეტრი, მით უფრო მაღალია ლაზერის სიკაშკაშე და მით უფრო კონცენტრირებულია ენერგია. თუ ლაზერი შევადარებთ ბასრ დანას, რაც უფრო მცირეა ბირთვის დიამეტრი, მით უფრო მკვეთრია ლაზერი. 14 მმ ბირთვიანი დიამეტრის ლაზერის სიმძლავრის სიმჭიდროვე 50-ჯერ აღემატება 100 მმ ბირთვის დიამეტრის ლაზერს და დამუშავების შესაძლებლობა უფრო ძლიერია. ამავდროულად, აქ გამოთვლილი სიმძლავრის სიმკვრივე არის მხოლოდ მარტივი საშუალო სიმკვრივე. ენერგიის ფაქტობრივი განაწილება არის გაუსიანური განაწილების სავარაუდო განაწილება და ცენტრალური ენერგია რამდენჯერმე იქნება საშუალო სიმძლავრის სიმკვრივეზე.

ლაზერული ენერგიის განაწილების სქემატური დიაგრამა ბირთვის სხვადასხვა დიამეტრით

ენერგიის განაწილების დიაგრამის ფერი არის ენერგიის განაწილება. რაც უფრო წითელია ფერი, მით უფრო მაღალია ენერგია. წითელი ენერგია არის ადგილი, სადაც ენერგია კონცენტრირებულია. სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერული სხივების ენერგიის განაწილების მეშვეობით ჩანს, რომ ლაზერის სხივის წინა მხარე არ არის მკვეთრი და ლაზერის სხივი მკვეთრია. რაც უფრო მცირეა, რაც უფრო კონცენტრირებულია ენერგია ერთ წერტილზე, მით უფრო მკვეთრია იგი და უფრო ძლიერია მისი შეღწევის უნარი.

სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერების შედუღების ეფექტის შედარება

სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის ლაზერების შედარება:

(1) ექსპერიმენტი იყენებს 150 მმ/წმ სიჩქარეს, ფოკუსის პოზიციის შედუღებას და მასალა არის 1 სერიის ალუმინი, 2 მმ სისქით;

(2) რაც უფრო დიდია ბირთვის დიამეტრი, მით უფრო დიდია დნობის სიგანე, მით უფრო დიდია სითბოს ზემოქმედების ზონა და მით უფრო მცირეა ერთეულის სიმძლავრის სიმკვრივე. როდესაც ბირთვის დიამეტრი აღემატება 200 მმ-ს, ადვილი არ არის შეღწევადობის სიღრმის მიღწევა მაღალი რეაქციის შენადნობებზე, როგორიცაა ალუმინი და სპილენძი, ხოლო უფრო მაღალი ღრმა შეღწევადობის შედუღების მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ მაღალი სიმძლავრით;

(3) მცირე ბირთვიანი ლაზერებს აქვთ მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე და შეუძლიათ სწრაფად აჭრიან საკვანძო ხვრელებს მასალების ზედაპირზე მაღალი ენერგიით და მცირე სითბოს ზემოქმედების ზონებით. თუმცა, ამავდროულად, შედუღების ზედაპირი უხეშია და დაბალსიჩქარიანი შედუღების დროს გასაღების კოლაფსის ალბათობა მაღალია, ხოლო შედუღების ციკლის დროს გასაღების ხვრელი დახურულია. ციკლი გრძელია და დეფექტები, როგორიცაა დეფექტები და ფორები, მიდრეკილია წარმოქმნას. ვარგისია მაღალსიჩქარიანი დამუშავებისთვის ან სვინგის ტრაექტორიით დამუშავებისთვის;

(4) ბირთვის დიდი დიამეტრის ლაზერებს აქვთ უფრო დიდი სინათლის ლაქები და მეტი გაფანტული ენერგია, რაც მათ უფრო შესაფერისს ხდის ლაზერული ზედაპირის ხელახალი დნობის, მოპირკეთების, ანეილირების და სხვა პროცესებისთვის.