სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერების შედუღების ეფექტების შედარება

ლაზერული შედუღებაშესაძლებელია მიღწეული იქნას უწყვეტი ან იმპულსური ლაზერული სხივების გამოყენებით. პრინციპებილაზერული შედუღებაშეიძლება დაიყოს თბოგამტარობის შედუღებად და ლაზერული ღრმა შეღწევადობის შედუღებად. როდესაც სიმძლავრის სიმკვრივე 104~105 ვტ/სმ2-ზე ნაკლებია, ეს არის თბოგამტარობის შედუღება. ამ დროს, შეღწევადობის სიღრმე მცირეა და შედუღების სიჩქარე დაბალია; როდესაც სიმძლავრის სიმკვრივე 105~107 ვტ/სმ2-ზე მეტია, ლითონის ზედაპირი სითბოს გამო ჩაზნექილია „ხვრელებად“, რაც ქმნის ღრმა შეღწევადობის შედუღებას, რომელსაც ახასიათებს სწრაფი შედუღების სიჩქარე და დიდი ასპექტის თანაფარდობა. თბოგამტარობის პრინციპილაზერული შედუღებაეს არის: ლაზერული გამოსხივება ათბობს დასამუშავებელ ზედაპირს და ზედაპირის სითბო თბოგამტარობის გზით დიფუზირდება შიგნით. ლაზერული პარამეტრების, როგორიცაა ლაზერული იმპულსის სიგანე, ენერგია, პიკური სიმძლავრე და გამეორების სიხშირე, კონტროლით, სამუშაო ნაწილი დნება სპეციფიკური გამდნარი გუბეს წარმოქმნის.

ლაზერული ღრმა შეღწევადობის შედუღება, როგორც წესი, მასალების შეერთების დასასრულებლად უწყვეტ ლაზერულ სხივს იყენებს. მისი მეტალურგიული ფიზიკური პროცესი ძალიან ჰგავს ელექტრონული სხივური შედუღების პროცესს, ანუ ენერგიის გარდაქმნის მექანიზმი „საკვანძო ხვრელის“ სტრუქტურის მეშვეობით სრულდება.

საკმარისად მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივის ლაზერული დასხივების ქვეშ, მასალა ორთქლდება და წარმოიქმნება პატარა ხვრელები. ორთქლით სავსე ეს პატარა ხვრელი შავი სხეულის მსგავსია, რომელიც შთანთქავს დაცემული სხივის თითქმის მთელ ენერგიას. ხვრელში წონასწორობის ტემპერატურა დაახლოებით 2500 გრადუსს აღწევს.°გ. სითბო გადადის მაღალი ტემპერატურის მქონე ხვრელის გარე კედლიდან, რაც იწვევს ხვრელის გარშემო არსებული ლითონის დნობას. პატარა ხვრელი ივსება მაღალი ტემპერატურის ორთქლით, რომელიც წარმოიქმნება კედლის მასალის უწყვეტი აორთქლებით სხივის დასხივების ქვეშ. პატარა ხვრელის კედლები გარშემორტყმულია გამდნარი ლითონით, ხოლო თხევადი ლითონი გარშემორტყმულია მყარი მასალებით (ჩვეულებრივი შედუღების პროცესების უმეტესობაში და ლაზერული გამტარობით შედუღებისას, ენერგია ჯერ დაილექება სამუშაო ნაწილის ზედაპირზე და შემდეგ გადადის შიგნით გადატანით). ხვრელის კედლის გარეთ არსებული სითხის ნაკადი და კედლის ფენის ზედაპირული დაჭიმულობა ფაზაშია ხვრელის ღრუში უწყვეტად წარმოქმნილ ორთქლის წნევასთან და ინარჩუნებს დინამიურ ბალანსს. სინათლის სხივი განუწყვეტლივ შედის პატარა ხვრელში, ხოლო პატარა ხვრელის გარეთ არსებული მასალა განუწყვეტლივ მიედინება. სინათლის სხივის მოძრაობისას პატარა ხვრელი ყოველთვის სტაბილური ნაკადის მდგომარეობაშია.

ანუ, პატარა ხვრელი და ხვრელის კედლის გარშემო გამდნარი ლითონი წინ მიიწევს საპილოტე სხივის წინსვლის სიჩქარით. გამდნარი ლითონი ავსებს პატარა ხვრელის ამოღების შემდეგ დარჩენილ ნაპრალს და შესაბამისად კონდენსირდება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება შედუღების კონსტრუქცია. ეს ყველაფერი იმდენად სწრაფად ხდება, რომ შედუღების სიჩქარემ შეიძლება ადვილად მიაღწიოს წუთში რამდენიმე მეტრს.

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

ბაზარზე არსებული ლაზერული ბირთვის დიამეტრების მიხედვით შედუღების ექსპერიმენტების შედარება:

სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერების ფოკუსური წერტილის პოზიციის სიმძლავრის სიმკვრივე

სიმძლავრის სიმკვრივის თვალსაზრისით, ერთი და იგივე სიმძლავრის პირობებში, რაც უფრო პატარაა ბირთვის დიამეტრი, მით უფრო მაღალია ლაზერის სიკაშკაშე და მით უფრო კონცენტრირებულია ენერგია. თუ ლაზერს შევადარებთ ბასრ დანას, რაც უფრო პატარაა ბირთვის დიამეტრი, მით უფრო ბასრია ლაზერი. 14 მიკრონიანი ბირთვის დიამეტრის ლაზერის სიმძლავრის სიმკვრივე 50-ჯერ მეტია 100 მიკრონიანი ბირთვის დიამეტრის ლაზერის სიმძლავრეზე და დამუშავების შესაძლებლობა უფრო ძლიერია. ამავდროულად, აქ გამოთვლილი სიმძლავრის სიმკვრივე უბრალოდ მარტივი საშუალო სიმკვრივეა. ფაქტობრივი ენერგიის განაწილება არის მიახლოებითი გაუსის განაწილება და ცენტრალური ენერგია რამდენჯერმე იქნება საშუალო სიმძლავრის სიმკვრივეზე.

ლაზერული ენერგიის განაწილების სქემატური დიაგრამა სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრით

ენერგიის განაწილების დიაგრამის ფერი ენერგიის განაწილებას წარმოადგენს. რაც უფრო წითელია ფერი, მით უფრო მაღალია ენერგია. წითელი ენერგია არის ადგილი, სადაც ენერგია კონცენტრირებულია. სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერული სხივების ლაზერული ენერგიის განაწილების მიხედვით, ჩანს, რომ ლაზერული სხივის ფრონტი არ არის მკვეთრი და ლაზერული სხივი მკვეთრია. რაც უფრო პატარაა, რაც უფრო კონცენტრირებულია ენერგია ერთ წერტილზე, მით უფრო მკვეთრია ის და მით უფრო ძლიერია მისი შეღწევადობის უნარი.

სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერების შედუღების ეფექტების შედარება

სხვადასხვა ბირთვის დიამეტრის მქონე ლაზერების შედარება:

(1) ექსპერიმენტში გამოყენებულია 150 მმ/წმ სიჩქარე, ფოკუსური პოზიციის შედუღება და მასალა არის 1 სერიის ალუმინი, 2 მმ სისქით;

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

(3) მცირე ბირთვიან ლაზერებს აქვთ მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე და შეუძლიათ სწრაფად გახვრიტონ ნახვრეტები მაღალი ენერგიისა და მცირე თერმული ზემოქმედების მქონე მასალების ზედაპირზე. თუმცა, ამავდროულად, შედუღების ზედაპირი უხეშია და ნახვრეტის ჩამონგრევის ალბათობა მაღალია დაბალი სიჩქარის შედუღების დროს, ხოლო ნახვრეტი დახურულია შედუღების ციკლის დროს. ციკლი ხანგრძლივია და შესაძლებელია ისეთი დეფექტების, როგორიცაა დეფექტები და ფორები, წარმოშობა. ის შესაფერისია მაღალსიჩქარიანი დამუშავებისთვის ან რხევითი ტრაექტორიით დამუშავებისთვის;

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