อัตราการดูดซึมเลเซอร์ของวัสดุโลหะ

1.1 การเปลี่ยนแปลงในสภาพฟิสิกอลที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์และวัสดุ

การแปรรูปด้วยเลเซอร์ของวัสดุโลหะเป็นส่วนใหญ่คือการแปรรูปด้วยความร้อนที่พึ่งพาการถ่ายแสง

การละลาย: เมื่อวัสดุทรัพยากรดูดซึมพลังงานเลเซอร์ อุณหภูมิของมันเพิ่มขึ้น อาจถึงจุดละลายของวัสดุ ทําให้วัสดุเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลวการเชื่อมเลเซอร์,การเคลือบเลเซอร์และการสร้างต้นแบบแบบไวด้วยเลเซอร์

การเหยื่อและการย่อย: หากความเข้มข้นของเลเซอร์สูงพอที่จะเพิ่มอุณหภูมิของวัสดุขึ้นเหนือจุดเดือดอย่างรวดเร็ว วัสดุจะเปลี่ยนโดยตรงจากสภาพแข็งหรือเหลวเป็นภาวะก๊าซ กระบวนการนี้ถูกใช้ในเทคโนโลยี

การแข็ง: กระบวนการของวัสดุที่กลับมาจากภาวะของเหลวสู่ภาวะของแข็งหลังจากที่เรือนร้อนด้วยเลเซอร์เรียกว่าการแข็งกระชับ กระบวนการนี้เป็นเรื่องที่พบได้ทั่วไปในกระบวนการผลิตเลเซอร์ โดยเฉพาะในเทคโนโลยีการผสมเลเซ

การปรับปรุงความหนาว: โดยการทําความร้อนด้วยเลเซอร์ ความเครียดภายในของวัสดุสามารถกระจายตัวใหม่ได้ โดยทําหน้าที่ลดความเครียดภายในและปรับปรุงผลงานของวัสดุ

การแข็งกระชับด้วยการแปลงระยะ: วัสดุบางชนิด (เช่นเหล็ก) จะผ่านการเปลี่ยนระยะระหว่างกระบวนการเย็น โดยเปลี่ยนจากโครงสร้างลูกกลองที่มีศูนย์กลางหน้า (ออสเตนไทท) เป็นโครงสร้างลูกกลองที่มีศูนย์กลางร่างกาย (ม

การปฏิกิริยาภาพเคมี: การฉายแสงเลเซอร์ยังสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาภาพเคมีในวัสดุได้.ปฏิกิริยาเหล่านี้ไม่เพียงแค่รวมกระบวนการทางกายภาพ (เช่นการถ่ายภาพ, การถ่ายพอลิมิเรซ) แต่ยังมีกระบวนการทางเค

โฟโตคโรมิซิม: วัสดุบางชนิดได้รับปฏิกิริยาโฟโตคโรมิซิมภายใต้การฉายแสงเลเซอร์, นั่นคือการเปลี่ยนแปลงสีของวัสดุ. การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุหลังจากดูดซึม

ระบบการกระทําที่เกี่ยวข้องแสดงในรูปด้านล่าง:

1. เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ต่ํา (< 10^4w/cm^2)และเวลาที่กระจายแสงนั้นสั้น, พลังงานเลเซอร์ที่ถูกซึมโดยโลหะสามารถทําให้อุณหภูมิของวัสดุ เพิ่มขึ้นจากพื้นผิวไปข้างในเท่านั้น, แต่ระยะแข็งยังคงไม่เปลี่ยนแปลง. ใช้เป็นหลักในการเผาผลาญและการเปลี่ยนระยะแข็งของชิ้นส่วน
   
2. เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์เพิ่มขึ้น (10^4 ~ 10^6w / cm ^ 2) และเวลาการฉายแสงยาว, ชั้นผิวของวัสดุจะละลายไปเรื่อย ๆ เมื่อพลังงานเข้าเพิ่มขึ้น, ผิวหน้าระยะของวัสดุเหลว-แข็งจะเคลื่อนไปเรื่อย ๆ ไปทางความลึกของวัสดุ.
3. เพิ่มความหนาแน่นของพลังงานมากขึ้น (> 10 ^ 6w / cm ^ 2) และยืดเวลาการกระทําเลเซอร์. ผิวของวัสดุไม่เพียงแต่ละลาย แต่ยังเป็นปั๊มปาย ปั๊มสะสมใกล้ผิวของวัสดุและเป็นไอโอเนียร์อ่อนแอเพื่อสร้างพลาสมา. พลาสมาบางนี้มันช่วยให้วัสดุดูดซึมเลเซอร์; ภาย
4. ถ้าความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นอีก (> 10 ^ 7w / cm ^ 2)และเวลาการเรืองแสงจะยืด, พื้นผิวของวัสดุจะระเหยอย่างแรงเพื่อสร้างพลาสมาที่มีระดับการประโยงสูงกว่า. พลาสมาหนานี้มีผลป้องกันบนเลเซอร์, ลดความหนาแน่นของพลังงานของเลเซอร์ที่เกิดขึ้นในวัสดุ.
   
   

ในสภาพที่แตกต่างกัน เมื่อเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน กระจายแสงไปยังวัสดุโลหะที่แตกต่างกัน จะมีความแตกต่างบางอย่างในค่าเฉพาะของความหนาแน่นของพลังงานในแต่ละระยะ ในแง่ของการดูดซึมวัสดุของเล

รูปภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่าอัตราการดูดซึมเลเซอร์ของพื้นผิววัสดุในช่วงเลเซอร์ การปั่นการผสมผสมของเลเซอร์จะเปลี่ยนแปลงตามความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์และอุณหภูมิผิวของวัสดุ เมื่อวัสดุไม่ได้หลอมลง อัตราการดูดซึมเลเซอร์ของวัสดุจะเพิ่มขึ้นช้า ๆ เมื่ออุณหภูมิผิวของว

1.2 การดูดซึมเลเซอร์โดยวัสดุโลหะ—ความยาวคลื่น

เครื่องกลไกการดูดซึมเลเซอร์:
การดูดซึมเลเซอร์โดยโลหะโดยหลักคือการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนอิสระ เมื่อเลเซอร์ส่องแสงบนผิวโลหะ สนามไฟฟ้าแม่เหล็กของมันจะขับเคลื่อนอิเล็กตรอนอิสระในโลหะให้สั่นแรง

ผลของความยาวคลื่น
ความยาวคลื่นสั้น (UV ถึงภูมิภาคแสงที่มองเห็นได้):โลหะโดยทั่วไปจะดูดซึมเลเซอร์ความยาวคลื่นสั้นได้ง่ายขึ้นในช่วงความยาวคลื่นสั้น. เหตุผลก็คืออิเล็กตรอนอิสระในโลหะสามารถปฏิสัมพันธ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงความยาวคลื่นส

ความยาวคลื่นกลาง (บริเวณใกล้อินฟราเรด):เลเซอร์ในบริเวณใกล้อินฟราเรด เช่นเลเซอร์ไฟเบอร์ (ความยาวคลื่นประมาณ 1064 นาโนเมตร) มีอัตราการดูดซึมในโลหะที่สูง และเป็นช่วงความยาวคลื่นที่ใช้กันทั่วไปในการแปรรูปโลหะ

ความยาวคลื่นยาว (ภูมิภาคอินฟราเรดไกล):สําหรับเลเซอร์ระยะยาว เช่นเลเซอร์ CO2(ความยาวคลื่นประมาณ 10.6 ไมครอน) เมื่อความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการดูดซึมพลังงานเลเซอร์โดยโลหะมักจะลดลง ซึ่งหมายความว่าการสะท้อนของเลเซอร์ความยาวคลื่นยาว (เช่นแสงอินฟราเรดไกล) บนผิว

รูปข้างล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความสะท้อน, ความสามารถในการดูดซึมและความยาวคลื่นของโลหะที่ใช้กันทั่วไปในอุณหภูมิห้อง.ในภูมิภาคอินฟราเรด, ความสามารถในการดูดซึมลดลงและความสามารถในการดูดซึมเพิ่มสีแดงและสีเขียว.

1.3 การดูดซึมเลเซอร์โดยวัสดุโลหะ

1.3.1 อัตราการดูดซึมของสับสนองอลูมิเนียมในรูปแบบต่าง ๆ:

เมื่อวัสดุเป็นของแข็ง อัตราการดูดซึมเลเซอร์ประมาณ 5-7%

อัตราการดูดซึมของของเหลวถึง 25-35%

มันสามารถบรรลุได้มากกว่า 90% ในสภาพหลุมกุญแจ

1.3.2 อัตราการดูดซึมของเลเซอร์ของวัสดุเพิ่มขึ้นกับอุณหภูมิ

อัตราการดูดซึมของวัสดุโลหะในอุณหภูมิห้องเล็กมาก

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นใกล้จุดละลาย อัตราการดูดซึมของมันสามารถถึง 40% ~ 60%

ถ้าอุณหภูมิใกล้จุดเดือด อัตราการดูดซึมสูงถึง 90%

1.4 การดูดซึมเลเซอร์โดยวัสดุโลหะ

การดูดซึมแบบปกติจะวัดโดยใช้พื้นผิวโลหะเรียบ ในการใช้งานจริงของการทําความร้อนด้วยเลเซอร์ ปกติจําเป็นต้องเพิ่มความดูดซึมแบบเลเซอร์ของวัสดุบางชนิดที่มีการสะท้อนแสงสูง (อลูมิเนียม, ทองแดง)

วิธีต่อไปนี้สามารถใช้ได้: ใช้วิธีการรักษาพื้นผิวที่เหมาะสม เพื่อเพิ่มความสะท้อนของเลเซอร์เลเซอร์ การทำความสะอาดการเคลือบเนคเกิล,เคลือบหมึก,เคลือบกราฟิต เป็นต้น สามารถเพิ่มอัตราการดูดซึมเลเซอร์ของวัสดุได้