લેસર શોષણ દર અને લેસર સામગ્રીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પદાર્થની સ્થિતિમાં ફેરફાર

લેસર અને સામગ્રી વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ઘણી ભૌતિક ઘટનાઓ અને લાક્ષણિકતાઓનો સમાવેશ થાય છે. આગામી ત્રણ લેખો લેસર વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયાને લગતી ત્રણ મુખ્ય ભૌતિક ઘટનાઓનો પરિચય કરાવશે જેથી સહકર્મીઓને સ્પષ્ટ સમજ મળી શકે.લેસર વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા: લેસર શોષણ દર અને સ્થિતિ, પ્લાઝ્મા અને કીહોલ અસરમાં વિભાજિત. આ વખતે, અમે લેસર અને સામગ્રીની સ્થિતિ અને શોષણ દર વચ્ચેના સંબંધને અપડેટ કરીશું.

લેસર અને સામગ્રી વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે પદાર્થની સ્થિતિમાં ફેરફાર

ધાતુની સામગ્રીની લેસર પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે ફોટોથર્મલ અસરોની થર્મલ પ્રક્રિયા પર આધારિત છે. જ્યારે સામગ્રીની સપાટી પર લેસર ઇરેડિયેશન લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વિવિધ પાવર ડેન્સિટી પર સામગ્રીની સપાટીના વિસ્તારમાં વિવિધ ફેરફારો થશે. આ ફેરફારોમાં સપાટીના તાપમાનમાં વધારો, ગલન, બાષ્પીભવન, કીહોલની રચના અને પ્લાઝ્મા જનરેશનનો સમાવેશ થાય છે. તદુપરાંત, સામગ્રીના સપાટીના ક્ષેત્રની ભૌતિક સ્થિતિમાં ફેરફારો લેસરના સામગ્રીના શોષણને મોટા પ્રમાણમાં અસર કરે છે. પાવર ડેન્સિટી અને ક્રિયા સમયના વધારા સાથે, ધાતુની સામગ્રી રાજ્યમાં નીચેના ફેરફારોમાંથી પસાર થશે:

જ્યારે ધલેસર પાવરઘનતા ઓછી છે (<10 ^ 4w/cm ^ 2) અને ઇરેડિયેશનનો સમય ઓછો છે, ધાતુ દ્વારા શોષાયેલી લેસર ઊર્જા માત્ર સપાટીથી અંદર સુધી સામગ્રીનું તાપમાન વધારી શકે છે, પરંતુ નક્કર તબક્કો યથાવત રહે છે. . તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે પાર્ટ એનલીંગ અને ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મેશન સખ્તાઈની સારવાર માટે થાય છે, જેમાં ટૂલ્સ, ગિયર્સ અને બેરિંગ્સ બહુમતી છે;

લેસર પાવર ડેન્સિટી (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) માં વધારો અને ઇરેડિયેશન સમય લંબાવાથી, સામગ્રીની સપાટી ધીમે ધીમે પીગળી જાય છે. જેમ જેમ ઇનપુટ ઊર્જા વધે છે તેમ, પ્રવાહી-ઘન ઇન્ટરફેસ ધીમે ધીમે સામગ્રીના ઊંડા ભાગ તરફ આગળ વધે છે. આ ભૌતિક પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે સપાટીને રિમેલ્ટિંગ, એલોયિંગ, ક્લેડીંગ અને ધાતુઓના થર્મલ વાહકતા વેલ્ડીંગ માટે થાય છે.

પાવર ડેન્સિટી (>10^6w/cm^2)માં વધુ વધારો કરીને અને લેસરની ક્રિયાના સમયને લંબાવીને, સામગ્રીની સપાટી માત્ર ઓગળે છે પણ બાષ્પીભવન પણ થાય છે, અને બાષ્પીભવન પામેલા પદાર્થો ભૌતિક સપાટીની નજીક ભેગા થાય છે અને પ્લાઝ્મા બનાવવા માટે નબળા આયનીકરણ કરે છે. આ પાતળા પ્લાઝ્મા સામગ્રીને લેસરને શોષવામાં મદદ કરે છે; બાષ્પીભવન અને વિસ્તરણના દબાણ હેઠળ, પ્રવાહી સપાટી વિકૃત થાય છે અને ખાડાઓ બનાવે છે. આ તબક્કાનો ઉપયોગ લેસર વેલ્ડીંગ માટે થઈ શકે છે, સામાન્ય રીતે 0.5 મીમીની અંદર સૂક્ષ્મ જોડાણોના સ્પ્લીસીંગ થર્મલ વાહકતા વેલ્ડીંગમાં.

પાવર ડેન્સિટી (>10^7w/cm^2) વધારીને અને ઇરેડિયેશનના સમયને લંબાવીને, સામગ્રીની સપાટી મજબૂત બાષ્પીભવનમાંથી પસાર થાય છે, ઉચ્ચ આયનીકરણ ડિગ્રી સાથે પ્લાઝ્મા બનાવે છે. આ ગાઢ પ્લાઝ્મા લેસર પર રક્ષણાત્મક અસર ધરાવે છે, જે સામગ્રીમાં લેસર ઘટનાની ઊર્જા ઘનતાને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે. તે જ સમયે, મોટા બાષ્પ પ્રતિક્રિયા બળ હેઠળ, નાના છિદ્રો, સામાન્ય રીતે કીહોલ્સ તરીકે ઓળખાય છે, ઓગાળવામાં આવેલી ધાતુની અંદર રચાય છે, કીહોલ્સનું અસ્તિત્વ લેસરને શોષી લેવા માટે સામગ્રી માટે ફાયદાકારક છે, અને આ તબક્કાનો લેસર ડીપ ફ્યુઝન માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે. વેલ્ડીંગ, કટિંગ અને ડ્રિલિંગ, અસર સખ્તાઇ, વગેરે.

વિવિધ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, વિવિધ ધાતુની સામગ્રી પર લેસર ઇરેડિયેશનની વિવિધ તરંગલંબાઇ દરેક તબક્કે પાવર ઘનતાના ચોક્કસ મૂલ્યોમાં પરિણમશે.

સામગ્રી દ્વારા લેસરના શોષણના સંદર્ભમાં, સામગ્રીનું બાષ્પીભવન એ એક સીમા છે. જ્યારે સામગ્રી વરાળમાંથી પસાર થતી નથી, પછી ભલે તે નક્કર અથવા પ્રવાહી તબક્કામાં હોય, લેસરનું તેનું શોષણ માત્ર સપાટીના તાપમાનમાં વધારો સાથે ધીમે ધીમે બદલાય છે; એકવાર સામગ્રી વરાળ બની જાય છે અને પ્લાઝ્મા અને કીહોલ્સ બનાવે છે, લેસરનું સામગ્રીનું શોષણ અચાનક બદલાઈ જશે.

આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, લેસર વેલ્ડીંગ દરમિયાન સામગ્રીની સપાટી પર લેસરનો શોષણ દર લેસર પાવર ઘનતા અને સામગ્રીની સપાટીના તાપમાન સાથે બદલાય છે. જ્યારે સામગ્રી ઓગળવામાં આવતી નથી, ત્યારે સામગ્રીની સપાટીના તાપમાનમાં વધારો સાથે લેસરમાં સામગ્રીનો શોષણ દર ધીમે ધીમે વધે છે. જ્યારે પાવર ઘનતા (10 ^ 6w/cm ^ 2) કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે સામગ્રી હિંસક રીતે બાષ્પીભવન કરે છે, કીહોલ બનાવે છે. લેસર બહુવિધ પ્રતિબિંબ અને શોષણ માટે કીહોલમાં પ્રવેશ કરે છે, પરિણામે લેસરમાં સામગ્રીના શોષણ દરમાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે અને ગલન ઊંડાઈમાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે.

ધાતુની સામગ્રી દ્વારા લેસરનું શોષણ - તરંગલંબાઇ

ઉપરોક્ત આકૃતિ ઓરડાના તાપમાને સામાન્ય રીતે વપરાતી ધાતુઓની પરાવર્તકતા, શોષકતા અને તરંગલંબાઇ વચ્ચેનો સંબંધ વળાંક દર્શાવે છે. ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશમાં, શોષણ દર ઘટે છે અને તરંગલંબાઇના વધારા સાથે પરાવર્તકતા વધે છે. મોટાભાગની ધાતુઓ 10.6um (CO2) તરંગલંબાઇ ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને મજબૂત રીતે પ્રતિબિંબિત કરે છે જ્યારે 1.06um (1060nm) તરંગલંબાઇ ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને નબળી રીતે પ્રતિબિંબિત કરે છે. વાદળી અને લીલો પ્રકાશ જેવા ટૂંકા તરંગલંબાઈના લેસરો માટે ધાતુની સામગ્રીમાં વધુ શોષણ દર હોય છે.

ધાતુની સામગ્રી દ્વારા લેસરનું શોષણ - સામગ્રીનું તાપમાન અને લેસર ઊર્જા ઘનતા

ઉદાહરણ તરીકે એલ્યુમિનિયમ એલોય લેતા, જ્યારે સામગ્રી ઘન હોય છે, ત્યારે લેસર શોષણ દર લગભગ 5-7% હોય છે, પ્રવાહી શોષણ દર 25-35% સુધી હોય છે, અને તે કીહોલ સ્થિતિમાં 90% થી વધુ સુધી પહોંચી શકે છે.

લેસરમાં સામગ્રીનો શોષણ દર વધતા તાપમાન સાથે વધે છે. ઓરડાના તાપમાને ધાતુની સામગ્રીનો શોષણ દર ખૂબ ઓછો છે. જ્યારે તાપમાન ગલનબિંદુની નજીક વધે છે, ત્યારે તેનો શોષણ દર 40% ~ 60% સુધી પહોંચી શકે છે. જો તાપમાન ઉત્કલન બિંદુની નજીક હોય, તો તેનો શોષણ દર 90% સુધી પહોંચી શકે છે.

ધાતુની સામગ્રી દ્વારા લેસરનું શોષણ - સપાટીની સ્થિતિ

પરંપરાગત શોષણ દરને સરળ ધાતુની સપાટીનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે, પરંતુ લેસર હીટિંગના વ્યવહારુ ઉપયોગોમાં, સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ પ્રતિબિંબને કારણે ખોટા સોલ્ડરિંગને ટાળવા માટે ચોક્કસ ઉચ્ચ પ્રતિબિંબ સામગ્રી (એલ્યુમિનિયમ, કોપર) ના શોષણ દરમાં વધારો કરવો જરૂરી છે;

નીચેની પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરી શકાય છે:

1. લેસરની પરાવર્તકતાને સુધારવા માટે યોગ્ય સપાટી પૂર્વ-સારવાર પ્રક્રિયાઓ અપનાવવી: પ્રોટોટાઇપ ઓક્સિડેશન, સેન્ડબ્લાસ્ટિંગ, લેસર ક્લિનિંગ, નિકલ પ્લેટિંગ, ટીન પ્લેટિંગ, ગ્રેફાઇટ કોટિંગ, વગેરે. આ બધું લેસરના સામગ્રીના શોષણ દરને સુધારી શકે છે;

મુખ્ય વસ્તુ સામગ્રીની સપાટીની ખરબચડી (જે બહુવિધ લેસર પ્રતિબિંબ અને શોષણ માટે અનુકૂળ છે), તેમજ ઉચ્ચ શોષણ દર સાથે કોટિંગ સામગ્રીને વધારવાનો છે. લેસર ઉર્જાનું શોષણ કરીને અને ઉચ્ચ શોષણ દર સામગ્રી દ્વારા તેને ગલન અને અસ્થિર કરીને, સામગ્રી શોષણ દરમાં સુધારો કરવા અને ઉચ્ચ પ્રતિબિંબની ઘટનાને કારણે વર્ચ્યુઅલ વેલ્ડીંગ ઘટાડવા માટે લેસર ગરમી આધાર સામગ્રીમાં પ્રસારિત થાય છે.