Mini ensiklopediýa: Lazer bilen kebşirlemegiň prinsipi we prosesleriniň ulanylyşy
Energiýa derejeleri
Materiýa atomlardan, atomlar bolsa ýadrodan we elektronlardan ybarat. Elektronlar ýadronyň daşyndan aýlanýar. Atomdaky elektronlaryň energiýasy tötänleýin däl.
Mikroskopik dünýäni suratlandyrýan kwant mehanikasy bize elektronlaryň belli bir energiýa derejelerini eýeleýändigini aýdýar. Dürli energiýa derejeleri dürli elektron energiýalaryna laýyk gelýär: ýadrodan has uzakdaky orbitalar has ýokary energiýa eýedir.
Mundan başga-da, her bir orbitada maksimum elektron sany bolup biler. Mysal üçin, iň pes orbitada (ýadronyň iň ýakyn ýerinde) 2 elektron, has ýokary orbitada bolsa 8 elektron we ş.m. saklanyp biler.
Geçiş
Elektronlar energiýany siňdirip ýa-da boşadyp, bir energiýa derejesinden beýlekisine geçip bilýärler.
Mysal üçin, elektron fotony siňdirende, ol pes energiýa derejesinden ýokary energiýa derejesine geçip biler. Şonuň ýaly-da, ýokary energiýa derejesindäki elektron foton çykarmak arkaly pes derejä düşüp biler.
Bu proseslerde siňdirilen ýa-da çykarylan fotonyň energiýasy hemişe iki derejäniň arasyndaky energiýa tapawudyna deň bolýar. Foton energiýasy ýagtylygyň tolkun uzynlygyny kesgitleýändigi üçin, siňdirilen ýa-da çykarylan ýagtylygyň belli bir reňki bolýar.
Lazer öndürmek prinsipi
Stimullaşdyrylan siňdiriş
Pes energiýaly ýagdaýda bolan atomlar daşarky şöhlelenmeleri siňdirip, ýokary energiýaly ýagdaýa geçende, stimullaşdyrylan siňdiriş ýüze çykýar. Elektronlar fotonlary siňdirip, pes energiýa derejelerinden ýokary energiýa derejelerine böküp bilýärler.
Stimullaşdyrylan emissiýa
Stimulirlenen emissiýa diýmek, fotonyň "stimullaşdyrmasy" ýa-da "induksiýasy" astynda ýokary energiýa derejesinde bolan elektronlaryň pes energiýa derejesine geçmegini we düşýän foton bilen birmeňzeş ýygylykda foton çykarmagyny aňladýar.
Stimulirlenen şöhlelenmeleriň esasy aýratynlygy, döredilen fotonyň asyl foton bilen birmeňzeş bolmagydyr: şol bir ýygylyk, şol bir ugur we düýbünden tapawutlandyryp bolmajak derejede. Şeýlelik bilen, bir foton bir stimulirlenen şöhlelenme prosesi arkaly iki birmeňzeş fotona öwrülýär. Bu, ýagtylygyň güýçlenýändigini ýa-da güýçlendirilýändigini aňladýar - lazer öndürmegiň esasy prinsipi.
Öz-özünden çykýan gazlar
Öz-özünden şöhlelenme, ýokary energiýa derejesindäki elektronlar daşarky täsir bolmazdan has pes derejä düşüp, geçiş döwründe ýagtylyk (elektromagnit şöhlelenme) çykaranda ýüze çykýar. Foton energiýasy iki derejäniň arasyndaky energiýa tapawudy bolan E=E2−E1-e deňdir.
Lazer öndürmek üçin şertler
Lazer Güýçlendirme Ortaça
Lazer öndürmek üçin gaz, suwuk, gaty ýa-da ýarymgeçiriji bolup biljek amatly güýçlendiriji gurşaw gerek. Esasy zat, lazer çykyşy üçin zerur şert bolan gurşawda ilat inwersiýasyny gazanmakdyr. Metastabil energiýa derejeleri ilat inwersiýasy üçin örän peýdalydyr.
Nasos çeşmesi
Populýasiýa inwersiýasyna ýetmek üçin atom ulgamy ýokary energiýa derejesindäki bölejikleriň sanyny köpeltmek üçin gyjyndyrylmaly.
Umumy usullara aşakdakylar girýär:
- Elektrik nasosy: ýokary kinetik energiýaly elektronlary ulanyp gaz boşaltma
- Optiki nasoslama: impulsly ýagtylyk çeşmeleri bilen şöhlelendirme
- Termal nasos, himiki nasos we ş.m.
Bu usullar umumylykda nasoslamak diýlip atlandyrylýar. Lazer çykyşynyň durnukly bolmagy üçin aşaky derejeden has köp bölejikleri ýokarky derejede saklamak üçin üznüksiz nasoslamak gerek.
Rezonator
Degişli güýçlendirme gurşawy we nasos çeşmesi bilen populýasiýa inwersiýasyna ýetip bolýar, ýöne höweslendirilen şöhlelenme intensiwligi amaly ulanmak üçin gaty gowşakdyr. Optiki rezonator tarapyndan üpjün edilýän goşmaça güýçlendirme gerek.
Optiki rezonator lazeriň iki ujunda parallel ýerleşdirilen iki sany ýokary derejede şöhlelendiriji aýnadan ybarat:
- Bir umumy şöhlelendiriji aýna
- Bir bölek şöhlelenme we bölekleýin geçirijilik aýnasy
Umumy şöhlelenme aýnasy düşýän ähli şöhleleri asyl ýoly boýunça yzyna gaýtarýar. Bölekleýin şöhlelenme aýnasy belli bir energiýa bosagasyndan aşak fotonlary gurşawa gaýtarýar, bosagasyndan ýokary fotonlar bolsa güýçlendirilen lazer şöhlesi hökmünde geçýär.
Ýagtylyk rezonatorda öňe-yza ylgaýar, stimullaşdyrylan şöhlelenme zynjyr reaksiýasyny döredýär we ýokary intensiwli lazer çykyşyny öndürmek üçin gar uçguny ýaly güýçlenýär.
Nasos lampasy näme?
Ksenon lampasy, adatça göni turba şekilli inert gaz çykaryş lampasydyr. Ol, adatça, elektrodlardan, kwars turbasyndan we doldurylan ksenon (Xe) gazyndan ybarat.
Elektrodlar ýokary ereme nokady, ýokary elektron emissiýa netijeliligi we pes püskürme derejesi bolan metaldan ýasalýar. Çyranyň turbasy ýokary berklikli, ýokary temperatura çydamly, ýokary geçirijilikli kwars aýnasyndan ýasalyp, ksenon gazy bilen doldurylýar.
Nd:YAG lazer çybygy näme?
Nd:YAG (Neodim bilen lehimlenen ittriý alýumin granat) iň köp ulanylýan berk lazer materialydyr.
YAG ýokary gatylykly, ajaýyp optiki hili we ýokary ýylylyk geçirijiligi bolan kub kristaldyr. Üç walentli neodim ionlary kristall torundaky käbir üç walentli ittriý ionlarynyň ornuny tutýar, şonuň üçin neodim bilen lehimlenen ittriý alýumin granat diýlip atlandyrylýar.
Lazeriň häsiýetnamalary
Gowy utgaşyklylyk
Adaty çeşmelerden gelýän ýagtylyk ugur, faza we wagt boýunça haosly bolýar we hatda linza bilen hem bir nokada fokuslanyp bilinmeýär.
Lazer şöhlesi ýokary derejede kogerentdir: ol arassa ýygylyga eýedir, kämil fazada şol bir ugurda ýaýraýar we ýokary derejede konsentrirlenen energiýasy bolan kiçijik bir nokada fokuslanyp bilner.
Ajaýyp ugurlylyk
Lazer beýleki islendik ýagtylyk çeşmesinden has gowy ugurlylyk görkezýär we diýen ýaly parallel şöhle ýaly hereket edýär. Aýa gönükdirilende hem (takmynan 384,000 km uzaklykda), nokadyň diametri bary-ýogy 2 km töweregidir.
Gowy monohromatiklik
Stimulirlenen şöhlelenmeden çykýan lazer şöhlesi örän dar ýygylyk diapazonyna eýedir. Ýönekeý söz bilen aýdylanda, lazer ajaýyp monohromatiklige eýedir - onuň "reňki" örän arassadyr. Monohromatiklik lazer işläp bejermek üçin örän möhümdir.
Ýokary ýagtylyk
Lazer bilen kebşirlemek lazer şöhleleriniň ajaýyp ugurlylygyny we ýokary kuwwatlylyk dykyzlygyny ulanýar. Lazer optiki ulgam arkaly kiçi bir meýdana fokuslanýar we gysga wagtyň içinde ýokary derejede konsentrasiýalanan ýylylyk çeşmesini emele getirýär, materialy eredip, durnukly kebşir nokatlaryny we tikişlerini emele getirýär.
Lazer bilen kebşirlemegiň artykmaçlyklary
Beýleki kebşirleme usullary bilen deňeşdirilende, lazer kebşirlemesi aşakdakylary hödürleýär:
- Ýokary energiýa konsentrasiýasy, ýokary kebşirleme netijeliligi, ýokary takyklyk we kebşirlemeleriň uly çuňluk-ini gatnaşygy.
- Pes ýylylyk girişi, kiçi ýylylyk täsir edýän zona, minimal galyndy stres we deformasiýa.
- Kontaktsyz kebşirleme, çeýe optiki süýümli geçirijilik, gowy elýeterlilik we ýokary awtomatlaşdyrma.
- Çig materiallary tygşytlaýan, çeýe birikme dizaýny.
- Takyk gözegçilikde saklanýan energiýa, durnukly kebşirleme netijeleri we ajaýyp kebşirleme görnüşi.
Metal materiallary üçin lazer bilen kebşirleme prosesleri
Dat almaýan polat
- Adaty kwadrat tolkun impulslary bilen gowy netijeler gazanyp bolýar.
- Kebşirleme nokatlaryny metal däl materiallardan daşda saklamak üçin birleşmeleri dizaýn ediň.
- Berkligi we görnüşi üçin ýeterlik kebşirleme meýdanyny we iş böleginiň galyňlygyny saklaň.
- Kebşirleme wagtynda iş böleginiň arassalygyny we gurak gurşawy üpjün ediň.
Alýumin erginleri
- Ýokary şöhlelendirijilik lazeriň ýokary pik güýjüni talap edýär.
- Impuls nokatly kebşirleme wagtynda çatlamaga meýilli, berkligi peseldýär.
- Materialyň düzümi çaýkamaga sebäp bolup biler; ýokary hilli çig mallary ulanyň.
- Uly nokat ölçegi we uzyn impuls giňligi bilen has gowy netijeler.
Mis we mis garyndylary
- Alýuminiýden has ýokary şöhlelendirijilik; has ýokary lazer pik güýjüni talap edýär.
- Lazer başy belli bir burç bilen egilmelidir.
- Mis garyndylaryny (latun, kupronikel we ş.m.) garyndy elementleri sebäpli kebşirlemek has kyn; parametrleri üns bilen saýlamak zerurdyr.
Lazer bilen kebşirlemekde we çözümlerde umumy kemçilikler
Nädogry parametrler ýa-da nädogry işleme köplenç kebşirleme kemçiliklerine sebäp bolýar, şol sanda:
- Ýüze çaýkamak
- Içki kebşirleme gözenekliligi
- Kebşirleme çatlaklary
- Kebşirleme deformasiýa
Weld Spatter
Çapgyrtma, esasan, lazer energiýasynyň dykyzlygynyň aşa ýokary bolmagyndan ýüze çykýar: iş bölegi gysga wagtyň içinde aşa köp energiýany özüne siňdirýär, bu bolsa materialyň güýçli buglanmagyna we erän howuz reaksiýasyna getirýär.
Çapyrdama daşky görnüşine, ýygnamagyň takyklygyna we kebşirleme güýjüne zyýan ýetirýär.
Sebäpler
- Lazeriň aşa ýokary pik güýji.
- Esasan hem ýokary şöhlelendirijilikli materiallar üçin nädogry kebşirleme tolkun görnüşi.
- Ýerli ýokary energiýa siňdirilmegine getirýän materiallaryň bölünmegi.
- Iş böleginiň ýüzünde hapalanma ýa-da metal däl garyndylar.
- Iş bölekleriniň arasynda ýa-da aşagynda ereýän pes temperaturaly maddalar, kebşirleme wagtynda gaz emele getirýär.
- Gazyň giňelmegine we çaýkalmagyna sebäp bolýan ýapyk boş gurluşlar.
Çözgütler
- Parametrleri optimizirläň: iň ýokary güýji azaldyň ýa-da iň ýokary tolkun görnüşlerini ulanyň.
- Ýokary hilli, hünärli çig mallardan peýdalanyň.
- Ýagy we hapa zatlary aýyrmak üçin deslapky kebşirleme arassalamasyny güýçlendiriň.
- Kebşirleme gurluşynyň dizaýnyny optimizirläň.
Içki gözeneklilik
Gözeneklilik lazer kebşirlemesinde iň köp duş gelýän kemçilikdir. Çalt termal sikl we ereýän howuzyň gysga ömri gazyň çykmagyna we gözenekleriň emele gelmegine päsgel berýär.
Umumy görnüşleri: wodorod gözenekleri, uglerod oksidi gözenekleri we açar deşiginiň çökmegi gözenekleri.
Kebşirleme çatlaklary
Ýaryklar kebşirleme berkligini we hyzmat möhletini ep-esli azaldýar. Lazer kebşirlemesiniň çalt gyzdyrylmagy we sowamagy çatlama howpuny artdyrýar.
Lazer bilen kebşirlemede ýüze çykýan çatlaklaryň köpüsi gyzgyn çatlaklar bolup, alýumin erginlerinde we ýokary uglerodly / ýokary erginli polatlarda köp duş gelýär.
Öňüni alyş
- Söwünç materiallar üçin, çatlamany azaltmak üçin öňünden gyzdyrýan we haýal sowadýan tolkun görnüşlerini goşuň.
- Kebşirleme stresini azaltmak üçin birleşme dizaýnyny optimizirläň.
- Deňeşdirilen öndürijilik bilen has pes çatlama meýilli materiallary saýlaň.
Kebşirleme deformasiýalary
Deformasiýa köplenç inçe listlerde, uly meýdanly iş böleklerinde ýa-da köp nokatly kebşirlemede ýüze çykýar, bu bolsa ýygnamaga we işleýşe täsir edýär. Ol deň däl ýylylyk girmegi we deňsiz termal giňelme / daralma sebäpli ýüze çykýar.
Çözgütler
- Ýylylyk girişini azaltmak üçin parametrleri optimizirläň: impuls giňligini azaldyp, iň ýokary kuwwaty artdyryň.
- Wagt birligine düşýän gyzgynlygy azaltmak üçin kebşirleme tizligini we impuls ýygylygyny peseldiň.
- Birmeňzeş gyzdyrmagy üpjün etmek üçin kebşirleme yzygiderliligini optimizirläň.
Ýerleşdirilen wagty: 2026-njy ýylyň 25-nji fewraly
