Nguyên nhân và tác động của sự hấp thụ thấp của tia laser hồng ngoại trên các vật liệu phản xạ cao
Laser hồng ngoạiđược sử dụng rộng rãi trong chế biến kim loại, nhưng đối với các vật liệu phản xạ cao như đồng, nhôm, vàng và bạc, tỷ lệ hấp thụ thường thấp.Sự hấp thụ thấp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả nối năng lượng laserSau đây giải thích các hiện tượng dựa trên đặc điểm vật liệu, tham số laser và cơ chế tương tác quang học.
I. Tính chất quang học của vật liệu phản xạ cao
Các vật liệu phản xạ cao có nồng độ electron tự do cao và bề mặt của chúng có phản xạ cao trong phạm vi bước sóng hồng ngoại.Độ phản xạ bề mặt chủ yếu được xác định bởi chỉ số khúc xạ phức tạp của vật liệu, trong đó các phần thực tế và tưởng tượng liên quan đến tính dẫn điện quyết định hành vi phản xạ và hấp thụ tại giao diện. Đối với bước sóng hồng ngoại (như 1064 nm hoặc hồng ngoại gần),độ phản xạ của đồng và nhôm có thể vượt quá 90%, với tỷ lệ hấp thụ chỉ khoảng 3%~7%. do đó, năng lượng laser không thể được tích trữ hiệu quả trong vật liệu.
II. Đặc điểm bước sóng của laser hồng ngoại
Độ dài sóng của tia laser hồng ngoại nằm trong vùng phản ứng hấp thụ yếu của các electron tự do kim loại.có nghĩa là năng lượng quang phân rã điện từ trong một lớp bề mặt rất nôngTrong khi đó, năng lượng photon của ánh sáng hồng ngoại thấp và không thể tạo ra sự ghép nối điện từ mạnh.giảm hiệu quả tương tác giữa laser và bề mặt kim loại.
III. Ảnh hưởng của góc ảnh hưởng của laser và phân cực trên hấp thụ
góc ảnh hưởng và trạng thái phân cực thay đổi hành vi phản xạ tại giao diện.trong khi ánh sáng phân cực P có thể đạt được độ phản xạ thấp hơn ở các góc cụ thểTuy nhiên, trong các ứng dụng hàn thực tế, làm sạch hoặc đánh dấu, việc duy trì một hướng phân cực ổn định là khó khăn, vì vậy sự hấp thụ tổng thể vẫn thấp.
IV. Ảnh hưởng của các điều kiện bề mặt vật liệu đối với hấp thụ
Độ thô bề mặt, độ dày của màng oxit và ô nhiễm ảnh hưởng đến sự phân tán và hấp thụ năng lượng laser.
Các lớp oxit có thể làm tăng sự hấp thụ đồng trong phạm vi hồng ngoại.
Bề mặt thô cho phép phân tán nhiều lần, làm tăng sự hấp thụ hiệu quả.
Tuy nhiên, trong giai đoạn xử lý ban đầu của vật liệu cao phản xạ mịn, sự hấp thụ vẫn thấp đáng kể.
V. Hiệu ứng của sự hấp thụ thấp đối với chế biến
Khó khăn trong việc ghép nối năng lượng: Năng lượng laser không thể được lắng đọng hiệu quả, dẫn đến sự thâm nhập hàn không đủ hoặc hiệu quả đánh dấu thấp.
Tăng nguy cơ phản xạ ngược: Độ phản xạ cao có thể gây ra phản xạ laser, có khả năng làm hỏng các thành phần quang học bên trong của nguồn laser.
Cửa sổ quy trình hẹp hơn: Quá trình xử lý trở nên nhạy cảm với sức mạnh, vị trí lấy nét và tốc độ quét, dẫn đến kết quả không ổn định.
Nấu chảy ban đầu khó khăn: Khi bắt đầu chế biến, hấp thụ thấp ngăn ngừa sự hình thành hồ nóng chảy ổn định, đòi hỏi mật độ năng lượng cao hơn.
VI. Phương pháp cải thiện hấp thụ laser hồng ngoại trên vật liệu phản xạ cao
Tăng mật độ điện: Giảm kích thước điểm hoặc tăng công suất đỉnh để tăng cường nối năng lượng ban đầu.
Sử dụng các quy trình laser điều chế (ví dụ, xung MOPA): Sức mạnh đỉnh cao trong xung có thể làm nóng bề mặt vật liệu nhanh chóng và làm giảm độ phản xạ.
Điều trị trước bề mặt: Làm thô, xả cát, làm sạch hoặc kiểm soát oxy hóa có thể cải thiện hấp thụ.
Sử dụng hình dạng sóng biến hoặc laser đa chế độ: Độ rộng xung và tần số khác nhau cải thiện sự ổn định hấp thụ.
Sử dụng laser xanh hoặc xanh lá cây thay vì hồng ngoại: Laser ánh sáng nhìn thấy có khả năng hấp thụ cao hơn đáng kể trên đồng, nhôm và các vật liệu tương tự, tùy thuộc vào yêu cầu thiết bị.