ლაზერული შედუღება ლაზერული დამუშავების ტექნოლოგიის გამოყენების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ასპექტია, ასევე XXI საუკუნის ყველაზე თვალშისაცემი და პერსპექტიული შედუღების ტექნოლოგია. ტრადიციულ შედუღების მეთოდებთან შედარებით, ლაზერულ შედუღებას მრავალი უპირატესობა აქვს, შედუღების უფრო მაღალი ხარისხი და უფრო სწრაფი ეფექტურობა. ამჟამად, ლაზერული შედუღების ტექნოლოგია ფართოდ გამოიყენება წარმოებაში, ფხვნილის მეტალურგიაში, საავტომობილო ინდუსტრიაში, ელექტრონიკის ინდუსტრიაში, ბიომედიცინასა და სხვა სფეროებში.
შედუღების აუზის ფორმირების მექანიზმის მიხედვით, ლაზერულ შედუღებას აქვს ორი ძირითადი შედუღების მექანიზმი: თბოგამტარი შედუღება და ღრმა შეღწევადობის (მცირე ხვრელის) შედუღება. თბოგამტარი შედუღებით წარმოქმნილი სითბო სითბოს გადაცემის გზით ვრცელდება სამუშაო ნაწილზე, ისე, რომ შედუღების ზედაპირი დნება, ძირითადად არ ხდება აორთქლების ფენომენი, რაც ხშირად გამოიყენება დაბალი სიჩქარის თხელკედლიანი კომპონენტების შედუღებისას. ღრმა შედუღების შედუღება აორთქლებს მასალას და წარმოქმნის დიდი რაოდენობით პლაზმას. დიდი სითბოს გამო, გამდნარი აუზის წინა ბოლოში ხვრელები წარმოიქმნება. ღრმა შეღწევადობის შედუღება შესაძლებელს ხდის სამუშაო ნაწილის საფუძვლიანად შედუღებას, შეყვანის ენერგია დიდია, შედუღების სიჩქარე კი სწრაფია, რაც ლაზერული შედუღების ყველაზე ფართოდ გამოყენებადი რეჟიმია.
ლაზერული შედუღების ხარისხზე გავლენას ახდენს მრავალი პროცესის პარამეტრი, როგორიცაა სიმძლავრის სიმკვრივე, ლაზერული იმპულსის ტალღის ფორმა, დეფოკუსირება, შედუღების სიჩქარე და დამხმარე შებერილი აირი.
1. ლაზერული სიმძლავრის სიმკვრივე სიმძლავრის სიმკვრივე ლაზერული დამუშავების ერთ-ერთი ყველაზე კრიტიკული პარამეტრია. მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივის შემთხვევაში, ზედაპირული ფენა შეიძლება გაცხელდეს დუღილის წერტილამდე მიკროწამების ინტერვალში, რაც წარმოქმნის დიდი რაოდენობით აორთქლებას. ამიტომ, მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე ძალიან ხელსაყრელია მასალის მოცილების დამუშავებისთვის, როგორიცაა დამუშავება, ჭრა და გრავირება. დაბალი სიმძლავრის სიმკვრივის შემთხვევაში, ზედაპირის ტემპერატურას დუღილის წერტილამდე მისაღწევად რამდენიმე მილიწამი სჭირდება და სანამ ზედაპირული ფენა აორთქლდება, ქვედა ფენა აღწევს დნობის წერტილს, რაც ადვილად ქმნის კარგ შედუღების წერტილს. ამიტომ, თბოგამტარობის ლაზერული შედუღებისას, სიმძლავრის სიმკვრივის დიაპაზონი 104-106W/cm2-ია.
2. ლაზერული იმპულსის ტალღის ფორმა
ლაზერული იმპულსური ტალღის ფორმა არა მხოლოდ მნიშვნელოვანი პარამეტრია მასალის მოცილების და დნობის გასარჩევად, არამედ ძირითადი პარამეტრია დამუშავების აღჭურვილობის მოცულობისა და ღირებულების დასადგენად. როდესაც მაღალი ინტენსივობის ლაზერული სხივი მასალის ზედაპირზე ეცემა, მასალის ზედაპირზე ლაზერული ენერგიის 60-90%-ის არეკვლა და დაკარგვა მოხდება, განსაკუთრებით ოქროს, ვერცხლის, სპილენძის, ალუმინის, ტიტანის და სხვა მასალების ძლიერი არეკვლა და სწრაფი სითბოს გადაცემა. ლითონის არეკვლა დროთა განმავლობაში იცვლება ლაზერული იმპულსური სიგნალის დროს. როდესაც მასალის ზედაპირის ტემპერატურა დნობის წერტილამდე ამაღლდება, არეკვლა სწრაფად მცირდება და როდესაც ზედაპირი დნობის მდგომარეობაშია, არეკვლა გარკვეულ მნიშვნელობაზე სტაბილიზდება.
3. პულსის სიგანე პულსის სიგანე პულსური ლაზერული შედუღების მნიშვნელოვანი პარამეტრია. პულსის სიგანე განისაზღვრა შეღწევადობის სიღრმით და თერმულად დაზარალებული ზონით. რაც უფრო გრძელია იმპულსის სიგანე, მით უფრო დიდია თერმულად დაზარალებული ზონა და შეღწევადობის სიღრმე იზრდება იმპულსის სიგანის 1/2 სიმძლავრით. თუმცა, იმპულსის სიგანის გაზრდა ამცირებს პიკურ სიმძლავრეს, ამიტომ იმპულსის სიგანის გაზრდა ზოგადად გამოიყენება თბოგამტარობის შედუღებისთვის, რაც იწვევს ფართო და არაღრმა შედუღების ზომას, განსაკუთრებით შესაფერისია თხელი და სქელი ფირფიტების წრიული შედუღებისთვის. თუმცა, პიკური სიმძლავრის შემცირება იწვევს სითბოს ჭარბი შეყვანის წარმოქმნას და თითოეულ მასალას აქვს ოპტიმალური იმპულსის სიგანე, რომელიც მაქსიმალურად ზრდის შეღწევადობას.
4. დეფოკუსირების ლაზერული შედუღება, როგორც წესი, მოითხოვს დეფოკუსირების გარკვეულ რაოდენობას, რადგან ლაზერის ფოკუსირება წერტილის ცენტრში სიმძლავრის სიმკვრივის ძალიან მაღალია, რაც ადვილად აორთქლდება ხვრელებში. სიმძლავრის სიმკვრივის განაწილება შედარებით ერთგვაროვანია ლაზერული ფოკუსიდან მოშორებით თითოეულ სიბრტყეში. არსებობს დეფოკუსირების ორი მეთოდი: დადებითი დეფოკუსირება და უარყოფითი დეფოკუსირება. თუ ფოკუსური სიბრტყე სამუშაო ნაწილის ზემოთ მდებარეობს, ეს დადებითი დეფოკუსირებაა; წინააღმდეგ შემთხვევაში, ეს უარყოფითი დეფოკუსირებაა. გეომეტრიული ოპტიკის თეორიის თანახმად, როდესაც დადებით და უარყოფით დეფოკუსირების სიბრტყეებსა და შედუღების სიბრტყეს შორის მანძილი თანაბარია, შესაბამის სიბრტყეზე სიმძლავრის სიმკვრივე დაახლოებით იგივეა, მაგრამ რეალურად მიღებული შედუღების აუზის ფორმა განსხვავებულია. უარყოფითი დეფოკუსირების შემთხვევაში, შესაძლებელია უფრო დიდი შეღწევადობის მიღწევა, რაც დაკავშირებულია გამდნარი აუზის ფორმირების პროცესთან.
5. შედუღების სიჩქარე. შედუღების სიჩქარე განსაზღვრავს შედუღების ზედაპირის ხარისხს, შეღწევადობას, თერმულად დაზიანებულ ზონას და ა.შ. შედუღების სიჩქარე გავლენას ახდენს დროის ერთეულში სითბოს მიწოდებაზე. თუ შედუღების სიჩქარე ძალიან დაბალია, სითბოს მიწოდება ძალიან დიდია, რაც იწვევს სამუშაო ნაწილის დაწვას. თუ შედუღების სიჩქარე ძალიან მაღალია, სითბოს მიწოდება ძალიან მცირეა, რაც იწვევს სამუშაო ნაწილის შედუღების გაუმჭვირვალობას. შედუღების სიჩქარის შემცირება, როგორც წესი, გამოიყენება შეღწევადობის გასაუმჯობესებლად.
6. დამხმარე დამცავი გაზი დამხმარე დამცავი გაზი მაღალი სიმძლავრის ლაზერული შედუღების აუცილებელი პროცესია. ერთი მხრივ, ის ხელს უშლის ლითონის მასალების გაფრქვევას და ფოკუსირების სარკის დაბინძურებას; მეორე მხრივ, ის ხელს უშლის შედუღების პროცესში წარმოქმნილი პლაზმის ზედმეტად ფოკუსირებას და ლაზერის მასალის ზედაპირამდე მიღწევას. ლაზერული შედუღების პროცესში, ჰელიუმი, არგონი, აზოტი და სხვა აირები ხშირად გამოიყენება გამდნარი აუზის დასაცავად, რათა შედუღების პროცესში დამუშავებული ნაწილი დაცული იყოს დაჟანგვისგან. ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა დამცავი გაზის ტიპი, ჰაერის ნაკადის ზომა და აფრქვევის კუთხე, დიდ გავლენას ახდენს შედუღების შედეგზე. სხვადასხვა აფრქვევის მეთოდი ასევე გარკვეულ გავლენას ახდენს შედუღების ხარისხზე.
ჰელიუმი ადვილად არ იონიზდება (მას აქვს მაღალი იონიზირებადი ენერგია), რაც ლაზერს საშუალებას აძლევს შეუფერხებლად გაიაროს და სხივის ენერგიამ დაუბრკოლებლად მიაღწიოს სამუშაო ზედაპირის ზედაპირს. ეს არის ყველაზე ეფექტური დამცავი აირი, რომელიც გამოიყენება ლაზერულ შედუღებაში, მაგრამ ფასი შედარებით მაღალია. არგონი უფრო იაფი და მკვრივია, ამიტომ მას უკეთესი დაცვა აქვს. თუმცა, ის ადვილად იონიზდება მაღალი ტემპერატურის ლითონის პლაზმით, რითაც იცავს სხივის ნაწილს სამუშაო ნაწილისგან, ამცირებს შედუღების ეფექტურ ლაზერულ სიმძლავრეს, მაგრამ ასევე აზიანებს შედუღების სიჩქარეს და შეღწევადობას. არგონით დაცული შედუღების ზედაპირები უფრო გლუვია, ვიდრე ჰელიუმით დაცული. აზოტი ყველაზე იაფი დამცავი აირია, მაგრამ ის არ არის შესაფერისი უჟანგავი ფოლადის შედუღების ზოგიერთი ტიპისთვის, ძირითადად მეტალურგიული პრობლემების გამო, როგორიცაა შთანთქმა, რაც ზოგჯერ ქმნის ფორებს შემოხვევის ზონაში.
როგორც ახალი შედუღების ტექნოლოგია, ლაზერული შედუღება ხასიათდება მაღალი ენერგიის სიმკვრივით, მაღალი სიჩქარით, მაღალი სიზუსტით, ღრმა შეღწევადობით და ძლიერი ადაპტირებით. მისი გამოყენება სულ უფრო და უფრო ფართოვდება, რაც არა მხოლოდ წარმოების ეფექტურობის გაუმჯობესებას, არამედ შედუღების ხარისხის გაუმჯობესებასაც უწყობს ხელს. ლაზერული შედუღების ტექნოლოგია, რა თქმა უნდა, უფრო მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს მასალების დამუშავების სფეროში.
გამოქვეყნების დრო: 28 მარტი, 2023
