L'interazzione trà laser è materiali implica parechji fenomeni fisichi è caratteristiche. I prossimi trè articuli presentanu i trè fenomeni fisici chjave in relazione à u prucessu di saldatura laser per furnisce i culleghi una comprensione più chjara di u prucessu di saldatura laser.prucessu di saldatura laser: divisu in u tassu di assorbimentu laser è cambiamenti in u statu, plasma è effettu keyhole. Sta volta, avemu da aghjurnà a relazione trà i cambiamenti in u statu di laser è i materiali è u tassu di absorption.
Cambiamenti in u statu di a materia causati da l'interazzione trà laser è materiali
U processu laser di materiali metalliche hè principalmente basatu nantu à u trattamentu termale di effetti fototermali. Quandu l'irradiazione laser hè appiicata à a superficia di u materiale, parechji cambiamenti saranu in a superficia di u materiale à diverse densità di putenza. Questi cambiamenti includenu l'aumentu di a temperatura di a superficia, a fusione, a vaporizazione, a furmazione di serratura è a generazione di plasma. Inoltre, i cambiamenti in u statu fisicu di a superficia di u materiale afectanu assai l'assorbimentu di u laser di u materiale. Cù l'aumentu di a densità di putenza è u tempu d'azzione, u materiale metallicu hà da esse sottumessi à i seguenti cambiamenti di statu:
Quandu uputenza lasera densità hè bassu (<10 ^ 4w / cm ^ 2) è u tempu di irradiazione hè cortu, l'energia laser assorbita da u metallu pò solu fà chì a temperatura di u materiale risuscite da a superficia à l'internu, ma a fase solida ferma invariata. . Hè principarmenti utilizatu per u trattamentu di l'indurimentu di l'anneling di parte è di trasfurmazioni di fasi, cù arnesi, ingranaggi è cuscinetti essendu a maiuranza;
Cù l'aumentu di a densità di putenza laser (10 ^ 4-10 ^ 6w / cm ^ 2) è a prolongazione di u tempu di irradiazione, a superficia di u materiale si scioglie gradualmente. Quandu l'energia di input aumenta, l'interfaccia liquidu-solidu si move gradualmente versu a parte prufonda di u materiale. Stu prucessu fisicu hè principarmenti utilizatu per a fusione di a superficia, l'aleazione, i rivestimenti è a saldatura di a conduttività termale di metalli.
Aumentendu ancu a densità di putenza (> 10 ^ 6w / cm ^ 2) è allungendu u tempu d'azzione di laser, a superficia di u materiale ùn solu si scioglie, ma ancu vaporizza, è i sustanzi vaporizzati si riuniscenu vicinu à a superficia materiale è debbuli ionize per furmà un plasma. Stu plasma magre aiuta u materiale assorbe u laser; Sutta a pressione di vaporizazione è espansione, a superficia di u liquidu si deforma è forma pits. Questa tappa pò esse aduprata per a saldatura laser, di solitu in a saldatura di conductività termale di splicing di micro cunnessione in 0,5 mm.
Aumentendu ancu a densità di putenza (> 10 ^ 7w / cm ^ 2) è allungendu u tempu di irradiazione, a superficia di u materiale hè sottumessu à una forte vaporizazione, furmendu un plasma cun altu gradu di ionizazione. Stu plasma densu hà un effettu di schermu nantu à u laser, riducendu assai a densità di energia di u laser incidente in u materiale. À u listessu tempu, sottu à una grande forza di reazzione di vapore, picculi buchi, cumunimenti cunnisciuti cum'è keyholes, sò furmati ind'u metallu fusu, L'esistenza di keyholes hè benefica per u materiale per assorbire laser, è sta tappa pò esse usata per a fusione profonda laser. saldatura, taglio e perforazione, indurimento per impatto, ecc.
Sottu diverse cundizioni, diverse lunghezze d'onda di l'irradiazione laser nantu à diversi materiali metallici daranu risultati in valori specifichi di densità di putenza in ogni stadiu.
In quantu à l'assorbimentu di u laser da i materiali, a vaporizazione di i materiali hè un cunfini. Quandu u materiale ùn hè micca sottumessu à vaporizazione, sia in a fase solida o liquida, a so absorption di laser cambia solu lentamente cù l'aumentu di a temperatura di a superficia; Quandu u materiale vaporizes è forma plasma è keyholes, l'assorbimentu di u materiale di u laser cambierà di colpu.
Cum'è mostra in Figura 2, u tassu di assorbimentu di u laser nantu à a superficia di u materiale durante a saldatura laser varieghja cù a densità di putenza laser è a temperatura di a superficia di u materiale. Quandu u materiale ùn hè micca fusu, u tassu d'assorbimentu di u materiale à u laser aumenta lentamente cù l'aumentu di a temperatura di a superficia di u materiale. Quandu a densità di putenza hè più grande di (10 ^ 6w / cm ^ 2), u materiale vaporizes violently, furmendu un keyhole. U laser entra in u buccu di a serratura per parechje riflessioni è assorbimentu, risultatu in un aumentu significativu di a rata di assorbimentu di u materiale à u laser è un aumentu significativu di a prufundità di fusione.
Assorbimentu di Laser da i Materiali Metalli - Lunghezza d'onda
A figura sopra mostra a curva di relazione trà a riflettività, l'assorbanza è a lunghezza d'onda di metalli cumunimenti usati à a temperatura di l'ambienti. In a regione infrarossa, a rata di assorbimentu diminuisce è a riflettività aumenta cù l'aumentu di a lunghezza d'onda. A maiò parte di i metalli riflette forte a luce infrarossa di lunghezza d'onda di 10,6 um (CO2), mentre chì debbuli riflette a luce infrarossa di lunghezza d'onda di 1,06 um (1060 nm). I materiali metallici anu tassi di assorbimentu più altu per i laser di lunghezza d'onda corta, cum'è a luce blu è verde.
Assorbimentu di Laser da i Materiali Metalli - Temperature di u Materiale è Densità Energetica Laser
Pigliendu a lega d'aluminiu cum'è un esempiu, quandu u materiale hè solidu, u tassu di assorbimentu di u laser hè di circa 5-7%, u tassu di assorbimentu di liquidu hè finu à u 25-35%, è pò ghjunghje à più di 90% in u statu di serratura.
A rata di assorbimentu di u materiale à u laser aumenta cù a temperatura crescente. U tassu di assorbimentu di materiali metallichi à a temperatura di l'ambienti hè assai bassu. Quandu a temperatura s'arrizza vicinu à u puntu di fusione, a so rata d'assorbimentu pò ghjunghje à 40% ~ 60%. Se a temperatura hè vicinu à u puntu di ebullizione, a so rata d'absorzione pò ghjunghje sin'à 90%.
Assorbimentu di Laser da i Materiali Metalli - Condizione di a Superficia
U tassu di absorption cunvinziunali hè misurata utilizendu una superficia metallica liscia, ma in l'applicazioni pratiche di riscaldamentu laser, hè di solitu necessariu di aumentà a rata di absorption di certi materiali d'alta riflessione (aluminiu, ramu) per evitari falsi soldering causati da alta riflessione;
I seguenti metudi ponu esse usatu:
1. Aduttà i prucessi di pre-trattamentu di a superficia adattati per migliurà a riflettività di u laser: l'ossidazione di prototipi, sabbiatura, pulizia laser, nichelatura, stagnatura, rivestimentu di grafite, etc.
U core hè di aumentà a rugosità di a superficia di u materiale (chì conduce à parechje riflessioni laser è l'absorzione), è ancu di aumentà u materiale di rivestimentu cù un altu tassu di absorption. Assorbendu l'energia di u laser è a fusione è a volatilizazione per mezu di materiali d'alta assorbimentu, u calore di u laser hè trasmessu à u materiale di basa per migliurà a rata di assorbimentu di u materiale è riduce a saldatura virtuale causata da un fenomenu di riflessione alta.
Tempu di Postu: 23-Nov-2023
