لیزر جذب کی شرح اور لیزر مواد کے تعامل کے مادے کی حالت میں تبدیلی

لیزر اور مواد کے درمیان تعامل میں بہت سے جسمانی مظاہر اور خصوصیات شامل ہیں۔ اگلے تین مضامین لیزر ویلڈنگ کے عمل سے متعلق تین اہم جسمانی مظاہر کو متعارف کرائیں گے تاکہ ساتھیوں کو اس کی واضح تفہیم فراہم کی جا سکے۔لیزر ویلڈنگ کا عمل: لیزر جذب کی شرح اور حالت، پلازما اور کی ہول اثر میں تبدیلیوں میں تقسیم۔ اس بار، ہم لیزر اور مواد کی حالت میں تبدیلیوں اور جذب کی شرح کے درمیان تعلق کو اپ ڈیٹ کریں گے۔

لیزر اور مواد کے درمیان تعامل کی وجہ سے مادے کی حالت میں تبدیلیاں

دھاتی مواد کی لیزر پروسیسنگ بنیادی طور پر فوٹو تھرمل اثرات کی تھرمل پروسیسنگ پر مبنی ہے۔ جب مادی سطح پر لیزر شعاع ریزی کا اطلاق ہوتا ہے تو مختلف طاقت کی کثافتوں پر مواد کی سطح کے علاقے میں مختلف تبدیلیاں رونما ہوں گی۔ ان تبدیلیوں میں سطح کے درجہ حرارت میں اضافہ، پگھلنا، بخارات، کی ہول کی تشکیل، اور پلازما جنریشن شامل ہیں۔ مزید برآں، مادی سطح کے علاقے کی جسمانی حالت میں تبدیلیاں لیزر کے مواد کے جذب کو بہت متاثر کرتی ہیں۔ بجلی کی کثافت اور عمل کے وقت میں اضافے کے ساتھ، دھاتی مواد ریاست میں درج ذیل تبدیلیوں سے گزرے گا:

جبلیزر پاورکثافت کم ہے (<10^4w/cm^2) اور شعاع ریزی کا وقت کم ہے، دھات کے ذریعے جذب ہونے والی لیزر توانائی صرف مواد کے درجہ حرارت کو سطح سے اندر تک بڑھانے کا سبب بن سکتی ہے، لیکن ٹھوس مرحلہ بدستور برقرار رہتا ہے۔ . یہ بنیادی طور پر پارٹ اینیلنگ اور فیز ٹرانسفارمیشن سختی کے علاج کے لیے استعمال ہوتا ہے، جس میں ٹولز، گیئرز، اور بیرنگز کی اکثریت ہے۔

لیزر پاور کی کثافت (10^4-10^6w/cm^2) میں اضافے اور شعاع ریزی کے وقت کے طول کے ساتھ، مواد کی سطح آہستہ آہستہ پگھل جاتی ہے۔ جیسے جیسے ان پٹ توانائی میں اضافہ ہوتا ہے، مائع ٹھوس انٹرفیس آہستہ آہستہ مواد کے گہرے حصے کی طرف بڑھتا ہے۔ یہ جسمانی عمل بنیادی طور پر سطح کو ریمیلٹنگ، ایلوائینگ، کلیڈنگ، اور دھاتوں کی تھرمل چالکتا ویلڈنگ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

طاقت کی کثافت (>10^6w/cm^2) میں مزید اضافہ کرنے اور لیزر کے عمل کے وقت کو طول دینے سے، مادی سطح نہ صرف پگھلتی ہے بلکہ بخارات بھی بن جاتی ہے، اور بخارات والے مادے مادی سطح کے قریب جمع ہوتے ہیں اور کمزور طور پر آئنائز ہوتے ہیں تاکہ پلازما بن سکے۔ یہ پتلا پلازما مواد کو لیزر جذب کرنے میں مدد کرتا ہے۔ بخارات اور توسیع کے دباؤ کے تحت، مائع کی سطح خراب ہو جاتی ہے اور گڑھے بن جاتی ہے۔ اس مرحلے کو لیزر ویلڈنگ کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، عام طور پر 0.5 ملی میٹر کے اندر مائیکرو کنکشنز کی الگ تھلگ تھرمل چالکتا ویلڈنگ میں۔

طاقت کی کثافت (>10^7w/cm^2) میں مزید اضافہ کرکے اور شعاع ریزی کے وقت کو طول دے کر، مواد کی سطح مضبوط بخارات سے گزرتی ہے، جس سے ہائی آئنائزیشن ڈگری کے ساتھ پلازما بنتا ہے۔ اس گھنے پلازما کا لیزر پر حفاظتی اثر ہوتا ہے، جس سے مواد میں لیزر واقعے کی توانائی کی کثافت بہت کم ہو جاتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، ایک بڑے بخارات کے رد عمل کے تحت، پگھلی ہوئی دھات کے اندر چھوٹے سوراخ، جنہیں عام طور پر کی ہولز کہا جاتا ہے، بنتے ہیں، کی ہولز کا وجود لیزر کو جذب کرنے کے لیے مواد کے لیے فائدہ مند ہوتا ہے، اور اس مرحلے کو لیزر ڈیپ فیوژن کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ویلڈنگ، کاٹنے اور ڈرلنگ، اثر سخت، وغیرہ

مختلف حالات کے تحت، مختلف دھاتی مواد پر لیزر شعاع ریزی کی مختلف طول موجیں ہر مرحلے پر طاقت کی کثافت کی مخصوص قدروں کا نتیجہ ہوں گی۔

مواد کے ذریعہ لیزر کے جذب کے لحاظ سے، مواد کی بخارات ایک حد ہے۔ جب مواد بخارات سے نہیں گزرتا، چاہے ٹھوس یا مائع مرحلے میں، اس کا لیزر جذب صرف سطح کے درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ آہستہ آہستہ تبدیل ہوتا ہے۔ ایک بار جب مواد بخارات بن جاتا ہے اور پلازما اور کی ہولز بناتا ہے، تو لیزر کے مواد کا جذب اچانک بدل جائے گا۔

جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے، لیزر ویلڈنگ کے دوران مادی سطح پر لیزر کے جذب کی شرح لیزر کی طاقت کی کثافت اور مواد کی سطح کے درجہ حرارت کے ساتھ مختلف ہوتی ہے۔ جب مواد پگھلا نہیں جاتا ہے، مواد کی سطح کے درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ لیزر میں مواد کی جذب کی شرح آہستہ آہستہ بڑھ جاتی ہے۔ جب بجلی کی کثافت (10^6w/cm^2) سے زیادہ ہوتی ہے، تو مواد پرتشدد بخارات بن جاتا ہے، جس سے کی ہول بنتا ہے۔ لیزر ایک سے زیادہ عکاسی اور جذب کے لیے کی ہول میں داخل ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں لیزر میں مواد کے جذب کی شرح میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے اور پگھلنے کی گہرائی میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے۔

دھاتی مواد کے ذریعے لیزر کا جذب - طول موج

مندرجہ بالا اعداد و شمار کمرے کے درجہ حرارت پر عام طور پر استعمال ہونے والی دھاتوں کی عکاسی، جاذبیت اور طول موج کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتا ہے۔ اورکت والے خطے میں، جذب کی شرح کم ہو جاتی ہے اور طول موج میں اضافے کے ساتھ عکاسی بڑھ جاتی ہے۔ زیادہ تر دھاتیں 10.6um (CO2) طول موج اورکت روشنی کی مضبوطی سے عکاسی کرتی ہیں جبکہ کمزور طور پر 1.06um (1060nm) طول موج اورکت روشنی کی عکاسی کرتی ہیں۔ دھاتی مواد میں مختصر طول موج کے لیزرز جیسے نیلی اور سبز روشنی کے جذب کی شرح زیادہ ہوتی ہے۔

دھاتی مواد کے ذریعے لیزر کا جذب - مواد کا درجہ حرارت اور لیزر توانائی کی کثافت

مثال کے طور پر ایلومینیم کھوٹ کو لے کر، جب مواد ٹھوس ہوتا ہے، لیزر جذب کی شرح تقریباً 5-7٪ ہوتی ہے، مائع جذب کی شرح 25-35٪ تک ہوتی ہے، اور یہ کی ہول حالت میں 90٪ سے زیادہ تک پہنچ سکتی ہے۔

لیزر میں مواد کی جذب کی شرح بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ بڑھ جاتی ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر دھاتی مواد کی جذب کی شرح بہت کم ہے۔ جب درجہ حرارت پگھلنے کے نقطہ کے قریب بڑھ جاتا ہے، تو اس کی جذب کی شرح 40% ~ 60% تک پہنچ سکتی ہے۔ اگر درجہ حرارت ابلتے ہوئے نقطہ کے قریب ہے، تو اس کے جذب کی شرح 90٪ تک پہنچ سکتی ہے۔

دھاتی مواد کے ذریعے لیزر کا جذب - سطح کی حالت

روایتی جذب کی شرح ہموار دھات کی سطح کا استعمال کرتے ہوئے ماپا جاتا ہے، لیکن لیزر ہیٹنگ کی عملی ایپلی کیشنز میں، یہ عام طور پر کچھ اعلی عکاسی مواد (ایلومینیم، تانبے) کے جذب کی شرح کو بڑھانے کے لئے ضروری ہے تاکہ اعلی عکاسی کی وجہ سے جھوٹے سولڈرنگ سے بچنے کے لۓ؛

درج ذیل طریقے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔

1. لیزر کی عکاسی کو بہتر بنانے کے لیے مناسب سطح سے پہلے کے علاج کے عمل کو اپنانا: پروٹوٹائپ آکسیڈیشن، سینڈ بلاسٹنگ، لیزر کلیننگ، نکل چڑھانا، ٹن چڑھانا، گریفائٹ کوٹنگ، وغیرہ سبھی مواد کے لیزر کے جذب کی شرح کو بہتر بنا سکتے ہیں۔

اس کا بنیادی مقصد مادی سطح کی کھردری کو بڑھانا ہے (جو ایک سے زیادہ لیزر ریفلیکشن اور جذب کے لیے موزوں ہے)، اور ساتھ ہی اعلی جذب کی شرح کے ساتھ کوٹنگ میٹریل کو بڑھانا ہے۔ لیزر توانائی کو جذب کرکے اور اعلی جذب کی شرح والے مواد کے ذریعے اسے پگھلنے اور اتار چڑھاؤ کے ذریعے، لیزر حرارت کو بنیادی مواد میں منتقل کیا جاتا ہے تاکہ مادی جذب کی شرح کو بہتر بنایا جا سکے اور اعلی عکاسی کے رجحان کی وجہ سے ورچوئل ویلڈنگ کو کم کیا جا سکے۔