उच्च परावर्तक सामग्री पर अवरक्त लेजरों के कम अवशोषण के कारण और प्रभाव
अवरक्त लेजर धातु प्रसंस्करण में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, लेकिन तांबा, एल्यूमीनियम, सोना और चांदी जैसी अत्यधिक परावर्तक सामग्रियों के लिए, अवशोषण दर आम तौर पर कम होती है। कम अवशोषण सीधे लेजर ऊर्जा युग्मन दक्षता, प्रसंस्करण स्थिरता और समग्र प्रक्रिया विंडो को प्रभावित करता है। निम्नलिखित सामग्री विशेषताओं, लेजर मापदंडों और ऑप्टिकल इंटरेक्शन तंत्र के आधार पर घटनाओं की व्याख्या करता है।
I. अत्यधिक परावर्तक सामग्रियों के ऑप्टिकल गुण
अत्यधिक परावर्तक सामग्रियों में उच्च मुक्त-इलेक्ट्रॉन सांद्रता होती है, और उनकी सतहें अवरक्त तरंग दैर्ध्य रेंज में उच्च परावर्तन प्रदर्शित करती हैं। सतह परावर्तन मुख्य रूप से सामग्री के जटिल अपवर्तक सूचकांक द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसमें विद्युत चालकता से संबंधित वास्तविक और काल्पनिक भाग इंटरफ़ेस पर परावर्तन और अवशोषण व्यवहार को निर्धारित करते हैं। अवरक्त तरंग दैर्ध्य (जैसे 1064 एनएम या निकट-अवरक्त) के लिए, तांबे और एल्यूमीनियम का परावर्तन 90% से अधिक हो सकता है, जिसमें अवशोषण दर केवल 3%–7% के आसपास होती है। इसलिए, लेजर ऊर्जा को प्रभावी ढंग से सामग्री में जमा नहीं किया जा सकता है।
II. अवरक्त लेजरों की तरंग दैर्ध्य विशेषताएं
अवरक्त लेजरों की तरंग दैर्ध्य धातु मुक्त इलेक्ट्रॉनों के कमजोर अवशोषण प्रतिक्रिया क्षेत्र में स्थित है। इस तरंग दैर्ध्य रेंज में, धातुओं में एक छोटी त्वचा की गहराई होती है, जिसका अर्थ है कि ऑप्टिकल ऊर्जा एक बहुत ही उथली सतह परत के भीतर विद्युत चुम्बकीय रूप से क्षय हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप सीमित प्रभावी अवशोषण होता है। इस बीच, अवरक्त प्रकाश की फोटॉन ऊर्जा कम होती है और मजबूत विद्युत चुम्बकीय युग्मन को प्रेरित नहीं कर सकती है, जिससे लेजर और धातु की सतह के बीच इंटरेक्शन दक्षता कम हो जाती है।
III. अवशोषण पर लेजर आपतन कोण और ध्रुवीकरण का प्रभाव
आपतन कोण और ध्रुवीकरण स्थिति इंटरफ़ेस पर परावर्तन व्यवहार को बदल देती है। एस-ध्रुवीकृत प्रकाश में धातु की सतहों पर उच्च परावर्तन होता है, जबकि पी-ध्रुवीकृत प्रकाश विशिष्ट कोणों पर कम परावर्तन प्राप्त कर सकता है। हालांकि, व्यावहारिक वेल्डिंग, सफाई या अंकन अनुप्रयोगों में, एक स्थिर ध्रुवीकरण दिशा बनाए रखना मुश्किल है, इसलिए समग्र अवशोषण कम रहता है।
IV. अवशोषण पर सामग्री सतह की स्थिति का प्रभाव
सतह की खुरदरापन, ऑक्साइड-फिल्म की मोटाई और संदूषण लेजर ऊर्जा के प्रकीर्णन और अवशोषण को प्रभावित करते हैं। उदाहरणों में शामिल हैं:
ऑक्साइड परतें अवरक्त रेंज में तांबे के अवशोषण को बढ़ा सकती हैं।
खुरदरी सतहें कई प्रकीर्णन की अनुमति देती हैं, जिससे प्रभावी अवशोषण बढ़ता है।
हालांकि, चिकनी अत्यधिक परावर्तक सामग्रियों के प्रारंभिक प्रसंस्करण चरण में, अवशोषण काफी कम रहता है।
V. प्रसंस्करण पर कम अवशोषण के प्रभाव
ऊर्जा युग्मन कठिनाई: लेजर ऊर्जा को प्रभावी ढंग से जमा नहीं किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अपर्याप्त वेल्ड प्रवेश या कम अंकन दक्षता होती है।
वापसी-परावर्तन का बढ़ा हुआ जोखिम: उच्च परावर्तन लेजर वापसी का कारण बन सकता है, जिससे लेजर स्रोत के आंतरिक ऑप्टिकल घटकों को नुकसान हो सकता है।
संकीर्ण प्रक्रिया विंडो: प्रसंस्करण शक्ति, फोकस स्थिति और स्कैनिंग गति के प्रति अत्यधिक संवेदनशील हो जाता है, जिससे अस्थिर परिणाम मिलते हैं।
प्रारंभिक पिघलना मुश्किल: प्रसंस्करण की शुरुआत में, कम अवशोषण स्थिर पिघल-पूल निर्माण को रोकता है, जिसके लिए उच्च ऊर्जा घनत्व की आवश्यकता होती है।
VI. अत्यधिक परावर्तक सामग्रियों पर अवरक्त लेजर अवशोषण में सुधार करने के तरीके
पावर घनत्व बढ़ाएँ: प्रारंभिक ऊर्जा युग्मन को मजबूत करने के लिए स्पॉट आकार कम करें या पीक पावर बढ़ाएँ।
मॉड्यूलेटेड लेजर प्रक्रियाओं का उपयोग करें (उदाहरण के लिए, MOPA पल्स): पल्स में उच्च पीक पावर सामग्री की सतह को तेजी से गर्म कर सकता है और परावर्तन को कम कर सकता है।
सतह का पूर्व-उपचार: खुरदरापन, सैंडब्लास्टिंग, सफाई, या नियंत्रित ऑक्सीकरण अवशोषण में सुधार कर सकता है।
परिवर्तनीय तरंग रूपों या मल्टी-मोड लेजरों का उपयोग करें: विभिन्न पल्स चौड़ाई और आवृत्तियाँ अवशोषण स्थिरता में सुधार करती हैं।
अवरक्त के बजाय नीले या हरे लेजरों का उपयोग करें: दृश्य-प्रकाश लेजरों में तांबे, एल्यूमीनियम और इसी तरह की सामग्रियों पर काफी अधिक अवशोषण होता है, जो उपकरण आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।