લેસર શોષણ દર અને લેસર સામગ્રીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દ્રવ્યની સ્થિતિમાં ફેરફાર

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

લેસર અને પદાર્થો 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 સામગ્રીના સપાટીના ક્ષેત્રમાં વિવિધ પાવર ઘનતા પર વિવિધ ફેરફારો થશે. આ ફેરફારોમાં સપાટીના તાપમાનમાં વધારો, ગલન, બાષ્પીભવન, કીહોલ રચના અને પ્લાઝ્મા ઉત્પાદનનો સમાવેશ થાય છે. વધુમાં, સામગ્રીની સપાટીના ક્ષેત્રફળની ભૌતિક સ્થિતિમાં ફેરફાર સામગ્રીના લેસરના શોષણને ખૂબ અસર કરે છે. શક્તિ ઘનતા અને ક્રિયા સમય વધવા સાથે, ધાતુની સામગ્રી સ્થિતિમાં નીચેના ફેરફારોમાંથી પસાર થશે:

જ્યારેલેસર પાવરઘનતા ઓછી છે (<10 ^ 4w/cm ^ 2) અને ઇરેડિયેશનનો સમય ઓછો છે, ધાતુ દ્વારા શોષાયેલી લેસર ઊર્જા માત્ર સપાટીથી અંદરના ભાગમાં સામગ્રીનું તાપમાન વધારી શકે છે, પરંતુ ઘન તબક્કો યથાવત રહે છે. તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે પાર્ટ એનિલિંગ અને ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મેશન સખ્તાઇ સારવાર માટે થાય છે, જેમાં મોટાભાગના ટૂલ્સ, ગિયર્સ અને બેરિંગ્સ હોય છે;

લેસર પાવર ડેન્સિટી (૧૦ ^ ૪-૧૦ ^ ૬w/સેમી ^ ૨) વધવાથી અને ઇરેડિયેશન સમય લંબાવવાથી, સામગ્રીની સપાટી ધીમે ધીમે પીગળી જાય છે. જેમ જેમ ઇનપુટ ઉર્જા વધે છે, તેમ તેમ પ્રવાહી-ઘન ઇન્ટરફેસ ધીમે ધીમે સામગ્રીના ઊંડા ભાગ તરફ આગળ વધે છે. આ ભૌતિક પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે સપાટીને ફરીથી પીગળવા, એલોયિંગ, ક્લેડીંગ અને ધાતુઓના થર્મલ વાહકતા વેલ્ડીંગ માટે વપરાય છે.

પાવર ડેન્સિટી (>10 ^ 6w/cm ^ 2) માં વધુ વધારો કરીને અને લેસર એક્શન સમય લંબાવીને, સામગ્રીની સપાટી માત્ર પીગળે જ નહીં પણ બાષ્પીભવન પણ થાય છે, અને બાષ્પીભવન પામેલા પદાર્થો સામગ્રીની સપાટીની નજીક ભેગા થાય છે અને નબળા આયનીકરણથી પ્લાઝ્મા બનાવે છે. આ પાતળું 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 0.5mm ની અંદર સૂક્ષ્મ જોડાણોના સ્પ્લિસિંગ થર્મલ વાહકતા વેલ્ડીંગમાં.

પાવર ડેન્સિટી (>10 ^ 7w/cm ^ 2) વધારીને અને ઇરેડિયેશન સમય લંબાવીને, સામગ્રીની સપાટી મજબૂત બાષ્પીભવનમાંથી પસાર થાય છે, જે 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, પીગળેલા ધાતુની અંદર નાના છિદ્રો, જેને સામાન્ય રીતે કીહોલ્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, રચાય છે. કીહોલ્સનું અસ્તિત્વ સામગ્રી માટે લેસરને શોષવા માટે ફાયદાકારક છે, અને આ તબક્કાનો ઉપયોગ લેસર ડીપ ફ્યુઝન વેલ્ડીંગ, કટીંગ અને ડ્રિલિંગ, ઇમ્પેક્ટ હાર્ડનિંગ વગેરે માટે થઈ શકે છે.

વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં, વિવિધ ધાતુ સામગ્રી પર લેસર ઇરેડિયેશનની વિવિધ તરંગલંબાઇ દરેક તબક્કે પાવર ઘનતાના ચોક્કસ મૂલ્યોમાં પરિણમશે.

સામગ્રી દ્વારા લેસરના શોષણની દ્રષ્ટિએ, સામગ્રીનું બાષ્પીભવન એક સીમા છે. જ્યારે સામગ્રી બાષ્પીભવનમાંથી પસાર થતી નથી, પછી ભલે તે ઘન હોય કે પ્રવાહી તબક્કામાં, ત્યારે સપાટીના તાપમાનમાં વધારો થતાં લેસરનું શોષણ ધીમે ધીમે બદલાય છે; એકવાર સામગ્રી બાષ્પીભવન થઈ જાય અને પ્લાઝ્મા અને કીહોલ્સ બનાવે, પછી સામગ્રીનું લેસરનું 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 ઓગળતી નથી, ત્યારે સામગ્રીના સપાટીના તાપમાનમાં વધારા સાથે લેસરમાં શોષણ દર ધીમે ધીમે વધે છે. જ્યારે શક્તિ ઘનતા (10 ^ 6w/cm ^ 2) કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે સામગ્રી હિંસક રીતે બાષ્પીભવન કરે છે, એક 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.

ધાતુ પદાર્થો દ્વારા લેસરનું શોષણ - તરંગલંબાઇ

ઉપરોક્ત આકૃતિ ઓરડાના તાપમાને સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી ધાતુઓની પરાવર્તકતા, શોષણ અને તરંગલંબાઇ વચ્ચેના સંબંધ વળાંક દર્શાવે છે. ઇન્ફ્રારેડ ક્ષેત્રમાં, તરંગલંબાઇ વધવા સાથે શોષણ દર ઘટે છે અને પરાવર્તકતા વધે છે. મોટાભાગની ધાતુઓ 10.6um (CO2) તરંગલંબાઇ ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને મજબૂત રીતે પ્રતિબિંબિત કરે છે જ્યારે 1.06um (1060nm) તરંગલંબાઇ ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને નબળો પ્રતિબિંબિત કરે છે. વાદળી અને લીલો પ્રકાશ જેવા ટૂંકા તરંગલંબાઇ લેસરો માટે ધાતુના પદાર્થોમાં શોષણ દર વધુ હોય છે.

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

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

વધતા તાપમાન સાથે લેસર દ્વારા સામગ્રીનો શોષણ દર વધે છે. ઓરડાના તાપમાને ધાતુના પદાર્થોનો શોષણ દર ખૂબ ઓછો હોય 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.

ધાતુ સામગ્રી દ્વારા લેસરનું શોષણ - સપાટીની સ્થિતિ

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

નીચેની પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરી શકાય છે:

1. લેસરની પ્રતિબિંબીતતા સુધારવા માટે યોગ્ય સપાટી પૂર્વ-સારવાર પ્રક્રિયાઓ અપનાવવાથી: પ્રોટોટાઇપ ઓક્સિડેશન, સેન્ડબ્લાસ્ટિંગ, લેસર સફાઈ, નિકલ પ્લેટિંગ, ટીન પ્લેટિંગ, ગ્રેફાઇટ કોટિંગ, વગેરે બધા લેસરના સામગ્રીના શોષણ દરમાં સુધારો કરી શકે છે;

મુખ્ય ભાગ સામગ્રીની સપાટીની ખરબચડીતા વધારવાનો છે (જે બહુવિધ લેસર પ્રતિબિંબ અને શોષણ માટે અનુકૂળ છે), તેમજ ઉચ્ચ શોષણ દર સાથે કોટિંગ સામગ્રીને વધારવાનો છે. લેસર ઊર્જાને શોષીને અને ઉચ્ચ શોષણ દર સામગ્રી દ્વારા તેને પીગળીને અને અસ્થિર કરીને, સામગ્રી શોષણ દરને સુધારવા અને ઉચ્ચ પ્રતિબિંબ ઘટનાને કારણે વર્ચ્યુઅલ વેલ્ડીંગને ઘટાડવા માટે લેસર ગરમીને બેઝ સામગ્રીમાં પ્રસારિત કરવામાં આવે છે.