లేజర్ శోషణ రేటు మరియు లేజర్ పదార్థ పరస్పర చర్య యొక్క పదార్థ స్థితిలో మార్పులు

లేజర్ మరియు పదార్థాల మధ్య పరస్పర చర్యలో అనేక భౌతిక దృగ్విషయాలు మరియు లక్షణాలు ఇమిడి ఉంటాయి. సహోద్యోగులకు లేజర్ వెల్డింగ్ ప్రక్రియపై మరింత స్పష్టమైన అవగాహన కల్పించేందుకు, రాబోయే మూడు వ్యాసాలు ఈ ప్రక్రియకు సంబంధించిన మూడు కీలక భౌతిక దృగ్విషయాలను పరిచయం చేస్తాయి.లేజర్ వెల్డింగ్ ప్రక్రియలేజర్ శోషణ రేటు మరియు స్థితి మార్పులు, ప్లాస్మా మరియు కీహోల్ ప్రభావంగా విభజించబడింది. ఈసారి, లేజర్ మరియు పదార్థాల స్థితి మార్పులకు మరియు శోషణ రేటుకు మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని నవీకరిస్తాము.

లేజర్ మరియు పదార్థాల మధ్య పరస్పర చర్య వలన పదార్థ స్థితిలో కలిగే మార్పులు

లోహ పదార్థాల లేజర్ ప్రాసెసింగ్ ప్రధానంగా ఫోటోథర్మల్ ప్రభావాల యొక్క ఉష్ణ ప్రాసెసింగ్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది. పదార్థం యొక్క ఉపరితలంపై లేజర్ వికిరణాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు, వివిధ పవర్ డెన్సిటీల వద్ద పదార్థం యొక్క ఉపరితల వైశాల్యంలో అనేక మార్పులు సంభవిస్తాయి. ఈ మార్పులలో ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల, ద్రవీభవనం, బాష్పీభవనం, కీహోల్ ఏర్పడటం మరియు ప్లాస్మా ఉత్పత్తి వంటివి ఉంటాయి. అంతేకాకుండా, పదార్థం యొక్క ఉపరితల వైశాల్యం యొక్క భౌతిక స్థితిలో జరిగే మార్పులు, పదార్థం లేజర్‌ను శోషించుకునే సామర్థ్యాన్ని బాగా ప్రభావితం చేస్తాయి. పవర్ డెన్సిటీ మరియు చర్య సమయం పెరిగేకొద్దీ, లోహ పదార్థం ఈ క్రింది స్థితి మార్పులకు లోనవుతుంది:

ఎప్పుడులేజర్ శక్తిసాంద్రత తక్కువగా (<10 ^ 4w/cm ^ 2) మరియు ప్రసరణ సమయం తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, లోహం గ్రహించిన లేజర్ శక్తి పదార్థం యొక్క ఉష్ణోగ్రతను ఉపరితలం నుండి లోపలికి మాత్రమే పెంచుతుంది, కానీ ఘన దశ మారదు. దీనిని ప్రధానంగా భాగాల అనీలింగ్ మరియు దశ పరివర్తన గట్టిపడే చికిత్స కోసం ఉపయోగిస్తారు, వీటిలో పనిముట్లు, గేర్లు మరియు బేరింగ్‌లు అధికంగా ఉంటాయి;

లేజర్ శక్తి సాంద్రత (10⁴-10⁶w/cm²) పెరగడం మరియు వికిరణ సమయం పొడిగించబడటంతో, పదార్థం యొక్క ఉపరితలం క్రమంగా కరుగుతుంది. ప్రవేశ శక్తి పెరిగేకొద్దీ, ద్రవ-ఘన సరిహద్దు క్రమంగా పదార్థం యొక్క లోతైన భాగం వైపు కదులుతుంది. ఈ భౌతిక ప్రక్రియను ప్రధానంగా లోహాల ఉపరితల పునఃకరిగించడం, మిశ్రమం చేయడం, క్లాడింగ్ మరియు ఉష్ణ వాహకత వెల్డింగ్ కోసం ఉపయోగిస్తారు.

శక్తి సాంద్రతను (>10 ^ 6w/cm ^ 2) మరింత పెంచి, లేజర్ చర్య సమయాన్ని పొడిగించడం ద్వారా, పదార్థ ఉపరితలం కరగడమే కాకుండా ఆవిరైపోతుంది. ఆవిరైన పదార్థాలు పదార్థ ఉపరితలం దగ్గర చేరి, బలహీనంగా అయనీకరణం చెంది ప్లాస్మాను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ పలుచని ప్లాస్మా, పదార్థం లేజర్‌ను శోషించుకోవడానికి సహాయపడుతుంది; ఆవిరి కావడం మరియు వ్యాకోచం వలన కలిగే ఒత్తిడితో, ద్రవ ఉపరితలం రూపాంతరం చెంది గుంటలను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ దశను లేజర్ వెల్డింగ్ కోసం ఉపయోగించవచ్చు, సాధారణంగా 0.5mm లోపు సూక్ష్మ కనెక్షన్ల స్ప్లైసింగ్ థర్మల్ కండక్టివిటీ వెల్డింగ్‌లో దీనిని వాడతారు.

శక్తి సాంద్రతను (>10 ^ 7w/cm ^ 2) మరింత పెంచి, వికిరణ సమయాన్ని పొడిగించడం ద్వారా, పదార్థ ఉపరితలం తీవ్రంగా ఆవిరై, అధిక అయనీకరణ స్థాయి గల ప్లాస్మాను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ సాంద్రమైన ప్లాస్మా లేజర్‌పై ఒక కవచ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉండి, పదార్థంపై పడే లేజర్ యొక్క శక్తి సాంద్రతను బాగా తగ్గిస్తుంది. అదే సమయంలో, అధిక ఆవిరి ప్రతిచర్య బలం కింద, కరిగిన లోహం లోపల కీహోల్స్ అని పిలువబడే చిన్న రంధ్రాలు ఏర్పడతాయి. కీహోల్స్ ఉండటం పదార్థం లేజర్‌ను శోషించుకోవడానికి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది, మరియు ఈ దశను లేజర్ డీప్ ఫ్యూజన్ వెల్డింగ్, కటింగ్ మరియు డ్రిల్లింగ్, ఇంపాక్ట్ హార్డెనింగ్ మొదలైన వాటికి ఉపయోగించవచ్చు.

వివిధ పరిస్థితులలో, వివిధ లోహ పదార్థాలపై లేజర్ వికిరణం యొక్క వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలు ప్రతి దశలో నిర్దిష్ట శక్తి సాంద్రత విలువలకు దారితీస్తాయి.

పదార్థాల ద్వారా లేజర్ శోషణ విషయంలో, పదార్థాల బాష్పీభవనం ఒక కీలకమైన పరిమితి. పదార్థం ఘన లేదా ద్రవ స్థితిలో బాష్పీభవనం చెందనప్పుడు, దాని ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ లేజర్ శోషణ నెమ్మదిగా మాత్రమే మారుతుంది; ఒకసారి పదార్థం బాష్పీభవనం చెంది ప్లాస్మా మరియు కీహోల్స్‌ను ఏర్పరచగానే, ఆ పదార్థం యొక్క లేజర్ శోషణ అకస్మాత్తుగా మారుతుంది.

పటం 2లో చూపిన విధంగా, లేజర్ వెల్డింగ్ సమయంలో పదార్థ ఉపరితలంపై లేజర్ శోషణ రేటు, లేజర్ పవర్ డెన్సిటీ మరియు పదార్థ ఉపరితల ఉష్ణోగ్రతతో మారుతుంది. పదార్థం కరగనప్పుడు, పదార్థ ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ లేజర్‌కు పదార్థం యొక్క శోషణ రేటు నెమ్మదిగా పెరుగుతుంది. పవర్ డెన్సిటీ (10⁶w/cm²) కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, పదార్థం తీవ్రంగా ఆవిరైపోయి, ఒక కీహోల్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. లేజర్ బహుళ పరావర్తనాలు మరియు శోషణ కోసం కీహోల్‌లోకి ప్రవేశిస్తుంది, దీని ఫలితంగా లేజర్‌కు పదార్థం యొక్క శోషణ రేటు గణనీయంగా పెరుగుతుంది మరియు ద్రవీభవన లోతు కూడా గణనీయంగా పెరుగుతుంది.

లోహ పదార్థాల ద్వారా లేజర్ శోషణ – తరంగదైర్ఘ్యం

పై పటం గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద సాధారణంగా ఉపయోగించే లోహాల పరావర్తనశీలత, శోషణశీలత మరియు తరంగదైర్ఘ్యం మధ్య సంబంధ వక్రరేఖను చూపుతుంది. పరారుణ ప్రాంతంలో, తరంగదైర్ఘ్యం పెరిగేకొద్దీ శోషణ రేటు తగ్గి, పరావర్తనశీలత పెరుగుతుంది. చాలా లోహాలు 10.6um (CO2) తరంగదైర్ఘ్యం గల పరారుణ కాంతిని బలంగా పరావర్తనం చెందిస్తాయి, అయితే 1.06um (1060nm) తరంగదైర్ఘ్యం గల పరారుణ కాంతిని బలహీనంగా పరావర్తనం చెందిస్తాయి. లోహ పదార్థాలు నీలం మరియు ఆకుపచ్చ కాంతి వంటి తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యం గల లేజర్‌లకు అధిక శోషణ రేట్లను కలిగి ఉంటాయి.

లోహ పదార్థాల ద్వారా లేజర్ శోషణ – పదార్థ ఉష్ణోగ్రత మరియు లేజర్ శక్తి సాంద్రత

ఉదాహరణకు అల్యూమినియం మిశ్రమాన్ని తీసుకుంటే, ఆ పదార్థం ఘన స్థితిలో ఉన్నప్పుడు లేజర్ శోషణ రేటు సుమారు 5-7% ఉంటుంది, ద్రవ స్థితిలో ఇది 25-35% వరకు ఉంటుంది మరియు కీహోల్ స్థితిలో 90% కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.

ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ లేజర్‌కు పదార్థం యొక్క శోషణ రేటు పెరుగుతుంది. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద లోహ పదార్థాల శోషణ రేటు చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. ఉష్ణోగ్రత ద్రవీభవన స్థానానికి దగ్గరగా పెరిగినప్పుడు, దాని శోషణ రేటు 40%~60% వరకు చేరుకోగలదు. ఉష్ణోగ్రత బాష్పీభవన స్థానానికి దగ్గరగా ఉంటే, దాని శోషణ రేటు 90% వరకు కూడా చేరుకోగలదు.

లోహ పదార్థాల ద్వారా లేజర్ శోషణ – ఉపరితల పరిస్థితి

సాంప్రదాయ శోషణ రేటును నునుపైన లోహ ఉపరితలాన్ని ఉపయోగించి కొలుస్తారు, కానీ లేజర్ తాపనం యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలలో, అధిక పరావర్తనం వలన కలిగే తప్పుడు సోల్డరింగ్‌ను నివారించడానికి కొన్ని అధిక పరావర్తన పదార్థాల (అల్యూమినియం, రాగి) శోషణ రేటును పెంచడం సాధారణంగా అవసరం;

ఈ క్రింది పద్ధతులను ఉపయోగించవచ్చు:

1. లేజర్ యొక్క పరావర్తన సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి తగిన ఉపరితల పూర్వ-చికిత్స ప్రక్రియలను అవలంబించడం: నమూనా ఆక్సీకరణ, ఇసుకతో శుభ్రపరచడం, లేజర్ క్లీనింగ్, నికెల్ పూత, తగరపు పూత, గ్రాఫైట్ పూత మొదలైనవన్నీ పదార్థం యొక్క లేజర్ శోషణ రేటును మెరుగుపరుస్తాయి;

దీని ముఖ్య ఉద్దేశ్యం పదార్థ ఉపరితలం యొక్క గరుకుదనాన్ని పెంచడం (ఇది బహుళ లేజర్ పరావర్తనాలకు మరియు శోషణకు అనుకూలంగా ఉంటుంది), అలాగే అధిక శోషణ రేటు కలిగిన పూత పదార్థాన్ని పెంచడం. అధిక శోషణ రేటు గల పదార్థాల ద్వారా లేజర్ శక్తిని శోషించుకుని, దానిని కరిగించి, బాష్పీభవనం చెందించడం ద్వారా, లేజర్ వేడి ఆధార పదార్థానికి ప్రసారం చేయబడుతుంది. ఇది పదార్థం యొక్క శోషణ రేటును మెరుగుపరుస్తుంది మరియు అధిక పరావర్తన దృగ్విషయం వల్ల కలిగే వర్చువల్ వెల్డింగ్‌ను తగ్గిస్తుంది.