Лазерлік дәнекерлеу негіздері
Лазерлік дәнекерлеу - дәнекерленген бөліктердің бір жағынан дәнекерлеу аймағына кіруді талап ететін жанаспайтын процесс.
• Дәнекерленген жік қарқынды лазер сәулесі материалды тез қыздыратындықтан пайда болады - әдетте милли-секундтармен есептелетін.
• Әдетте дәнекерлеудің 3 түрі бар:
– Өткізгіштік режимі.
– Өткізгіштік/өткізу режимі.
– ену немесе кілт тесігі режимі.
• Өткізгіштік режимде дәнекерлеу төмен энергия тығыздығында орындалады, бұл таяз және кең дәнекерленген дәнекерлеу түйінін құрайды.
• Өткізгіштік/өткізу режимі орташа энергия тығыздығында орын алады және өткізу режиміне қарағанда көбірек енуді көрсетеді.
• Енгізу немесе саңылау режиміндегі дәнекерлеу терең тар дәнекерлеумен сипатталады.
– Бұл режимде лазер сәулесі материалға созылатын және лазер сәулесінің материалға тиімді жеткізілуін қамтамасыз ететін «кілт тесігі» ретінде белгілі буланған материалдың жіпін құрайды.
– Бұл материалға энергияны тікелей жеткізу енуге жету үшін өткізгіштікке сүйенбейді, сондықтан материалға жылуды азайтады және жылу әсер ететін аймақты азайтады.
Өткізгіштік дәнекерлеу
• Өткізгіштік біріктіру лазер сәулесі бағытталған процестер тобын сипаттайды:
– 10³ Вмм⁻² ретімен қуат тығыздығын беру
– Ол айтарлықтай буланусыз қосылыс жасау үшін материалды балқытады.
• Өткізгіштік дәнекерлеудің 2 режимі бар:
- Тікелей жылыту
– Энергияны тасымалдау.
Тікелей жылу
• Тікелей қыздыру кезінде,
– жылу ағыны беткі жылу көзінен классикалық жылу өткізгіштікпен реттеледі және дәнекерлеу негізгі материалдың бөліктерін балқыту арқылы жасалады.
• 1-ші өткізгіш дәнекерлеу 1960 жылдардың басында жасалды, төмен қуатты импульстік рубинді және CO2 сым қосқыштарына арналған лазерлер.
• Өткізгіштік дәнекерлеуді әртүрлі конфигурациядағы сымдар мен жұқа парақтар түріндегі металдар мен қорытпалардың кең ауқымында жасауға болады.
- CO2 , Nd:YAG және ондаған ватт ретті қуат деңгейлері бар диодты лазерлер.
– а арқылы тікелей жылыту CO2 лазер сәулесін полимер парақтарындағы тізе және түйіспелі дәнекерлеу үшін де қолдануға болады.
Трансмиссиялық дәнекерлеу
• Трансмиссиялық дәнекерлеу Nd:YAG және диодты лазерлердің жақын инфрақызыл сәулелерін тарататын полимерлерді біріктірудің тиімді құралы болып табылады.
• Энергия жаңа фазааралық сіңіру әдістері арқылы жұтылады.
• Матрица мен арматураның жылулық қасиеттері ұқсас болған жағдайда композиттерді біріктіруге болады.
• Өткізгіштік дәнекерлеудің энергияны тасымалдау режимі жақын инфрақызыл сәулелерді тарататын материалдармен, әсіресе полимерлермен қолданылады.
• Сіңіргіш сия тізе буынының интерфейсіне орналастырылған. Сия дәнекерленген қосылыс ретінде қатып қалатын балқытылған фазааралық пленканы қалыптастыру үшін қоршаған материалдың шектеулі қалыңдығына өткізілетін лазер сәулесінің энергиясын сіңіреді.
• Қалың секциялы тізе буындарын біріктірудің сыртқы беттерін балқытпай жасауға болады.
• Түйіспелі дәнекерлеуді қосылыстың бір жағындағы материал арқылы немесе материалдың өткізгіштігі жоғары болса, бір шетінен энергияны біріктіру сызығына бағыттау арқылы жасауға болады.
Лазерлік дәнекерлеу және дәнекерлеу
• Лазерлік дәнекерлеу және дәнекерлеу процестерінде арқалық негізгі материалды балқытпай, қосылыстың шеттерін ылғалдандыратын толтырғыш қоспаны балқыту үшін қолданылады.
• Лазерлік дәнекерлеу 1980 жылдардың басында баспа платаларындағы саңылаулар арқылы электрондық компоненттердің сымдарын біріктіру үшін танымал бола бастады. Процесс параметрлері материалдың қасиеттерімен анықталады.
Кесу лазерлік дәнекерлеу
• Жоғары қуат тығыздығында энергияны сіңіру мүмкін болса, барлық материалдар буланып кетеді. Осылайша, осылайша дәнекерлеу кезінде әдетте булану арқылы тесік пайда болады.
• Содан кейін бұл «тесік» материал арқылы өтеді, оның артында балқыған қабырғалары тығыздалады.
• Нәтиже «кілттік саңылау дәнекерлеуі» деп аталады. Бұл оның параллель жақты біріктіру аймағымен және тар енімен сипатталады.
Лазерлік дәнекерлеудің тиімділігі
• Тиімділіктің осы тұжырымдамасын анықтауға арналған термин «біріктіру тиімділігі» ретінде белгілі.
• Біріктіру тиімділігі нақты тиімділік емес, өйткені оның бірліктері (мм2 қосылған /кДж берілген).
– ПӘК=Vt/P (кесу кезіндегі меншікті энергияның кері шамасы) мұнда V = қозғалыс жылдамдығы, мм/с; t = дәнекерленген қалыңдығы, мм; P = түскен қуат, КВт.
Біріктіру тиімділігі
• Қосылу тиімділігінің мәні неғұрлым жоғары болса, қажетсіз қыздыруға соғұрлым аз энергия жұмсалады.
– Төменгі жылу әсер ететін аймақ (HAZ).
– Төменгі бұрмалау.
• Қарсылықты дәнекерлеу осы тұрғыдан ең тиімді, өйткені балқыту және HAZ энергиясы тек дәнекерленетін жоғары қарсылық интерфейсінде пайда болады.
• Лазер мен электронды сәуленің де жақсы тиімділігі мен жоғары қуат тығыздығы бар.
Процестің вариациялары
• Доғалық күшейтілген лазерлік дәнекерлеу.
– Лазер сәулесінің әрекеттесу нүктесіне жақын орнатылған TIG алауының доғасы лазерден жасалған ыстық нүктеге автоматты түрде бекітіледі.
– Бұл құбылыс үшін қажетті температура қоршаған орта температурасынан шамамен 300°C жоғары.
– Әсері айналу жылдамдығына байланысты тұрақсыз доғаны тұрақтандыру немесе тұрақты доғаның кедергісін азайту болып табылады.
– Құлыптау тек ток күші төмен, демек катодты ағыны баяу доғалар үшін ғана болады; яғни 80А-ден аз токтар үшін.
– Доға дайындаманың лазермен бір жағында орналасқан, бұл күрделі шығындардың қарапайым өсуі үшін дәнекерлеу жылдамдығын екі есе арттыруға мүмкіндік береді.
• Қос сәулелі лазермен дәнекерлеу
– Егер екі лазер сәулесі бір уақытта пайдаланылса, дәнекерлеу пулы геометриясын және дәнекерлеу тігісінің пішінін басқару мүмкіндігі бар.
– 2 электронды сәуленің көмегімен кілт саңылауын тұрақтандыруға болады, бұл дәнекерлеу пулындағы толқындарды азайтады және жақсы ену мен моншақ пішінін береді.
– Эксимер және CO2 лазер сәулесінің комбинациясы алюминий немесе мыс сияқты жоғары шағылысу қабілеті бар материалдарды дәнекерлеу үшін жақсартылған муфтаны көрсетті.
– Жетілдірілген қосылыс негізінен мыналарға байланысты қарастырылды:
• эксимерден туындаған беттік толқындар арқылы шағылыстыру қабілетін өзгерту.
• эксимер генерацияланған плазма арқылы қосылу нәтижесінде пайда болатын қайталама әсер.
