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CO2激光打标机与非金属材料作用的过程

发布时间:2016/11/24 点击量:

  当二氧化碳激光打标机高脉冲激光功率密度作用于非金属态材料表面时,在材料表画产生的蒸气会被部分或完全离化,形成等离子体,而等离子体反过来又吸收后继人射激光,即所谓屏蔽激光。

  等离子体对激光的吸收包括逆韧致辐射吸收、散射吸收和折射吸收等,其中以逆韧致辐射吸收为主。等离子休的电离度可用Saha方程表示,逆韧致辐射吸收系数a。可以通过下式计算,式中,Z为离子电荷;n。为电子密度;n为离子密度;,为人射光频率;表示由受激辐射引起的能量损失;为激光的角频率,为等离子体的振荡频率;在真空中的传输速度;是电子电荷;为量子力学平均为真空介电常数;假设等离子体为理想气休,则等离子体的压力P等于电子压力P。离子压力Pi和中性原子压力P。之和,即从以上3个方程可以发现,电子数密度ne、中性原一子数密度。

  等离子体的逆韧致辐射吸收系数“,都是等离子体压力P和等离子体温度T,的函数。但研究结果表明,在激光深熔焊接过程中,小孔内等离子体的压力仅仅超出一个标准大气压很小一部分。因此,对于在大气中进行的激光焊接而言,P可以近似地取为标准大气压(1 .013 Pa)和可视为仅仅是等离子体温度T0的函数。通过联立求解方程,可以计算出等离子体内的电子数密度。然后,把n0代入方程式,可以计算出激光等离子体的逆韧致辐射吸收系数a。

  从上述分析可看到,CO2激光打标机作用材料表面的功率密度越高,材料表面温度越高,材料表面发射的电子和正离子越多,则逆韧致辐射吸收系数P越大,等离子体对人射激光的吸收越大,等离子体屏蔽效应越强,等离子体中电子吸收的能量会很快地转移给离子,这个转移时间可近似表示为式中,W为离子的原子量;ln为函数,且对大部分等离子体有InA、10。通常t,小于Q开关激光的脉宽,这意味着一般情况下在激光作用期间电子吸收的能量能有效地转移给离子,所以可以认为电子温度与离子温度相等。

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