قيود واختراقات ليزر الأشعة تحت الحمراء القريبة

على مدى العقود القليلة الماضية ، أصبحت ليزر CW عالي الطاقة أداة شائعة في التصنيع الحديث ، تغطي تطبيقات مثل اللحام ، الكسوة ، إعداد السطح ، التصلب ، اللحام ، القطع ، الطباعة ثلاثية الأبعاد ، التصنيع الإضافي. مع توليد ليزر ثاني أكسيد الكربون ذو الطول الموجى عالي الطاقة 10.6 ميكرومتر وأشباه الموصلات بطول موجي قريب من الأشعة تحت الحمراء 1064 نانومتر-ضخ Nd: ياغليزر الحالة الصلبة، شهدت تكنولوجيا الليزر CW عالية الطاقة أول قمة للتنمية.

قيود ليزر نير

بسبب طول الموجة ، يصعب نقل ليزر ثاني أكسيد الكربون عبر الألياف البصرية ، مما يسبب بعض الصعوبات للتطبيقات الصناعية ؛ في حين أن الليزر ذو الحالة الصلبة محدود بقدراتها على السطوع وتضخيم الطاقة. تعمل أشعة الليزر الليفية عالية الطاقة CW هذه عادة عند أطوال موجية تحت الحمراء القريبة (NIR) في حدود 1µm ، وهي جيدة للعديد من التطبيقات. على سبيل المثال ، إنها مناسبة لتصنيع الفولاذ مع امتصاص أكثر من ، ولكنها محدودة بحقيقة أن بعض المعادن تعكس أو أكثر من حادث أشعة الليزر القريبة من الأشعة تحت الحمراء على سطحها. خاصة عند لحام المعادن الصفراء مثل النحاس والذهب باستخدام ليزر NIR ، فإن معدل الامتصاص المنخفض يعني أن الكثير من طاقة الليزر مطلوب لبدء عملية اللحام.

ينتج عن اللحام في وضع الاختراق العميق امتصاص عالي لشعاع الليزر لأن شعاع الليزر يتفاعل عدة مرات مع بخار المعدن والمعدن أثناء انتقالها عبر المادة. ومع ذلك ، يتطلب تنشيط ثقب المفتاح باستخدام ليزر الأشعة تحت الحمراء القريبة كثافة ليزر كبيرة ، خاصة عندما تكون المادة التي يتم لحامها عاكسة للغاية. وبمجرد أن يتشكل ثقب المفتاح ، ترتفع الامتصاص بشكل حاد ، ويمكن أن يسبب ضغط بخار المعدن العالي في البركة المنصهرة بواسطة الليزر القريب من الأشعة تحت الحمراء عالي الطاقة ، رش ومسامية ، لذلك يجب التحكم بعناية في قوة الليزر أو سرعة اللحام لمنع تسرب الرشاش الزائد من اللحام. كما يتصلب بركة المنصهرة ، "فقاعات" في الأبخرة المعدنية والغازات العملية قد تكون محاصرة أيضا ، خلق فراغات في التماس اللحام. هذه المسامية تضعف قوة اللحام وتزيد من مقاومة المفصل ، مما يؤدي إلى انخفاض جودة مفصل ملحوم. وبالتالي ، فإن ليزر NIR يمثل تحديًا كبيرًا لمعالجة المواد مثل النحاس مع الامتصاص> عند 1 ميكرومتر. من أجل معالجة هذه المواد الانعكاسية العالية بشكل أفضل ، تم اعتماد طرق مثل زيادة معدل امتصاص المادة لضوء الليزر عن طريق توليد البلازما على المواد المعالجة. ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه الطرق تحد من معالجة المواد لعمليات الاختراق العميق ، فإن لحام وضع التوصيل الحراري للمواد الرقيقة غير ممكن ، وهناك مخاطر كامنة لترسب الطاقة الذي يتم التحكم فيه. ولذلك ، فإن أنظمة الليزر الحالية التي يبلغ طول موجي 1 ميكرومتر لها حدودها عند معالجة المواد العاكسة للغاية مثل المعادن غير الحديدية ، وكذلك في التطبيقات تحت الماء.

انفراجة في الليزر القريب من الأشعة تحت الحمراء

من أجل تطوير مناطق التطبيق المقيد لأشعة الليزر القريبة من الأشعة تحت الحمراء ، يجب التحقيق في مصادر ضوء الليزر الجديدة. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل الحد من غازات الدفيئة ، تعمل مركبات الطاقة الجديدة على استبدال محركات البنزين ومحركات الاحتراق الداخلي بمحركات كهربائية. أدى استخدام الكثير من النحاس في بناء المحركات الكهربائية ، وخاصة بطاريات الطاقة ، إلى طلب كبير على حلول معالجة النحاس الموثوق بها ، ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات في أنظمة الطاقة المتجددة الأخرى مثل توربينات الرياح.

اليوم ، أصبحت ليزر الألياف الصناعية عالية الطاقة الحل لأشعة الليزر عالية السطوع وعالية الطاقة التي يمكن توصيلها فوق الألياف. اليوم ، حلت ليزرات الألياف محل ليزر ثاني أكسيد الكربون في الغالبية العظمى من التطبيقات وتستخدم بفعالية في العديد من تطبيقات المعالجة الصناعية. خاصة في السنوات الأخيرة ، أصبح العمود الفقري لليزر الصناعي ، مثل اللحام والقطع بالليزر ، الذي يتميز بسرعة وكفاءة وموثوقية أعلى من ليزر ثاني الكربون.