Laserraren eta materialen arteko elkarrekintzak fenomeno eta ezaugarri fisiko asko dakartza. Hurrengo hiru artikuluek laser bidezko soldadura prozesuari lotutako hiru fenomeno fisiko nagusiak aurkeztuko dituzte, lankideei prozesuaren ulermen argiagoa emateko.laser bidezko soldadura prozesua: laser xurgapen-tasa eta egoera-aldaketak, plasma eta giltza-zulo efektua banatuta. Oraingoan, laserren egoera-aldaketen eta materialen eta xurgapen-tasaren arteko erlazioa eguneratuko dugu.
Laser eta materialen arteko elkarrekintzak eragindako materiaren egoera-aldaketak
Metalezko materialen laser bidezko prozesamendua batez ere efektu fototermikoen prozesamendu termikoan oinarritzen da. Laser erradiazioa materialaren gainazalean aplikatzen denean, hainbat aldaketa gertatzen dira materialaren gainazalean potentzia-dentsitate desberdinetan. Aldaketa horien artean, gainazaleko tenperaturaren igoera, urtzea, lurruntzea, giltza-zuloen eraketa eta plasmaren sorrera daude. Gainera, materialaren gainazaleko egoera fisikoaren aldaketek asko eragiten dute materialak laserra xurgatzen duen moduan. Potentzia-dentsitatea eta ekintza-denbora handitzen diren heinean, metalezko materialak egoera-aldaketa hauek jasango ditu:
Noizlaser potentziadentsitatea baxua da (<10 ^ 4w/cm ^ 2) eta irradiazio-denbora laburra, metalak xurgatzen duen laser-energiak materialaren tenperatura gainazaletik barrura igotzea baino ez du eragingo, baina fase solidoa aldatu gabe mantentzen da. Batez ere piezen erreketa eta fase-eraldaketa bidezko gogortze-tratamenduetarako erabiltzen da, tresnak, engranajeak eta errodamenduak izanik gehiengoa;
Laser potentziaren dentsitatea handitzen den heinean (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) eta irradiazio denbora luzatzen den heinean, materialaren gainazala pixkanaka urtzen da. Sarrerako energia handitzen den heinean, likido-solido interfazea pixkanaka materialaren sakonerarantz mugitzen da. Prozesu fisiko hau batez ere metalen gainazala berriro urtzeko, aleazioetarako, estaldurarako eta eroankortasun termikoko soldadurarako erabiltzen da.
Potentzia-dentsitatea gehiago handituz (>10 ^ 6w/cm ^ 2) eta laserren ekintza-denbora luzatuz, materialaren gainazala ez da urtu bakarrik, lurrundu ere egiten da, eta lurrundutako substantziak materialaren gainazalaren ondoan biltzen dira eta ahulki ionizatzen dira plasma bat osatzeko. Plasma mehe honek materialari laserra xurgatzen laguntzen dio; lurruntze- eta hedapen-presiopean, likidoaren gainazala deformatu eta zuloak sortzen ditu. Etapa hau laser bidezko soldadurarako erabil daiteke, normalean 0,5 mm-ko mikrokonexioen eroankortasun termikoko soldaduran.
Potentzia-dentsitatea gehiago handituz (>10 ^ 7w/cm ^ 2) eta irradiazio-denbora luzatuz, materialaren gainazalak lurruntze sendoa jasaten du, ionizazio-maila handiko plasma bat sortuz. Plasma trinko honek babes-efektua du laserraren gainean, materialaren gainean sartzen den laserraren energia-dentsitatea asko murriztuz. Aldi berean, lurrun-erreakzio-indar handi baten pean, zulo txikiak sortzen dira, giltza-zulo izenekoak, urtutako metalaren barruan. Giltza-zuloen existentzia onuragarria da materialak laserra xurgatzeko, eta etapa hau laser bidezko fusio sakoneko soldadura, ebaketa eta zulaketa, inpaktu-gogortze, etab. erabil daiteke.
Baldintza desberdinetan, laser erradiazioaren uhin-luzera desberdinek metalezko material desberdinetan potentzia-dentsitatearen balio espezifikoak emango dituzte etapa bakoitzean.
Materialek laserrak xurgatzeari dagokionez, materialen lurruntzea muga bat da. Materiala lurruntzen ez denean, fase solidoan edo likidoan izan, laserraren xurgapena poliki aldatzen da gainazaleko tenperatura handitzen den heinean; materiala lurrundu eta plasma eta giltza-zuloak eratzen direnean, materialaren laserraren xurgapena bat-batean aldatuko da.
2. irudian erakusten den bezala, laser soldaduran zehar materialaren gainazalean laserrak duen xurgapen-tasa laser potentziaren dentsitatearen eta materialaren gainazaleko tenperaturaren arabera aldatzen da. Materiala urtzen ez denean, materialaren laserrarekiko xurgapen-tasa poliki-poliki handitzen da materialaren gainazaleko tenperatura handitzen den heinean. Potentzia-dentsitatea (10 ^ 6w/cm ^ 2) baino handiagoa denean, materiala bortizki lurruntzen da, giltza-zulo bat sortuz. Laserra giltza-zuloan sartzen da islapen eta xurgapen anitzetarako, eta horren ondorioz materialaren laserrarekiko xurgapen-tasa nabarmen handitzen da, eta urtze-sakonera nabarmen handitzen da.
Laseraren xurgapena metal materialen bidez – Uhin-luzera
Goiko irudiak ohiko metalen islagarritasunaren, xurgapenaren eta uhin-luzeraren arteko erlazio-kurba erakusten du giro-tenperaturan. Infragorrien eskualdean, xurgapen-tasa gutxitzen da eta islagarritasuna handitzen da uhin-luzera handitzen den heinean. Metal gehienek 10,6 um (CO2) uhin-luzera duen infragorri argia indarrez islatzen dute, eta ahulki, berriz, 1,06 um (1060 nm) uhin-luzera duen infragorri argia. Metalezko materialek xurgapen-tasa handiagoak dituzte uhin-luzera laburreko laserrentzat, hala nola argi urdin eta berdearentzat.
Laserren xurgapena metal materialek – Materialen tenperatura eta laser energiaren dentsitatea
Aluminiozko aleazioa adibide gisa hartuta, materiala solidoa denean, laser xurgapen-tasa % 5-7 ingurukoa da, likidoaren xurgapen-tasa % 25-35erainokoa da, eta giltza-zulo egoeran % 90etik gorakoa izan daiteke.
Materialaren laserrarekiko xurgapen-tasa handitzen da tenperatura handitzen den heinean. Metalezko materialen xurgapen-tasa oso baxua da giro-tenperaturan. Tenperatura urtze-puntura hurbiltzen denean, xurgapen-tasa % 40-60ra irits daiteke. Tenperatura irakite-puntura hurbiltzen bada, xurgapen-tasa % 90era irits daiteke.
Laserren xurgapena metal materialen bidez – Gainazalaren egoera
Ohiko xurgapen-tasa metalezko gainazal leun bat erabiliz neurtzen da, baina laser bidezko berokuntzaren aplikazio praktikoetan, normalean islapen handiko material batzuen (aluminioa, kobrea) xurgapen-tasa handitu behar da islapen handiak eragindako soldadura faltsuak saihesteko;
Metodo hauek erabil daitezke:
1. Laserren islagarritasuna hobetzeko gainazaleko aurretratamendu prozesu egokiak hartzea: prototipoen oxidazioa, hareazko leherketa, laser bidezko garbiketa, nikelezko estaldura, eztainuzko estaldura, grafitozko estaldura, etab. guztiek hobetu dezakete materialaren laser xurgapen-tasa;
Muina materialaren gainazalaren zimurtasuna handitzea da (laser islapen eta xurgapen anitzak eragiten dituena), baita xurgapen-tasa handiko estaldura-materiala handitzea ere. Laser energia xurgatu eta xurgapen-tasa handiko materialen bidez urtu eta lurrunduz, laser beroa oinarrizko materialera transmititzen da materialaren xurgapen-tasa hobetzeko eta islapen handiko fenomenoak eragindako soldadura birtuala murrizteko.
Argitaratze data: 2023ko azaroaren 23a
