Влияние длины волны.
Не менее важным фактором является зависимость коэффициентов отражения и поглощения материала от длины волны. На рис 3 показана относительная доля энергии излучения, поглощаемая различными материалами, в зависимости от длины волны, а на рис. 4 зависимость коэффициента отражения различных металлов от длины волны.
Приведенные на рис. 4 кривые характеризуют количество поглощенной энергии, играющей наиболее важную роль. Потери энергии могут быть связаны с отражением, а в случае неметаллических материалов - с частичным прохождением излучения. Поэтому для неметаллических материалов указывается толщина образца. Доля поглощенной энергии зависит от многих факторов, в том числе от чистоты материала и характера обработки поверхности. Так, например, небольшой максимум, наблюдаемый на кривой поглощения кремния в окрестности 9,5 мкм, обусловлен примесью кислорода в кремнии. Приведенные на рис. 3 данные следует рассматривать как наиболее типичные, а не как универсальные точные значения, пригодные во всех случаях.
Рис. 4. Зависимость коэффициента поглощения различных материалов от длины волны.
А - стекло пирекс толщиной 3.2 мм; В - глиноземная керамика AD-5 (массивный образец);
С - кремний р-типа толщиной 1,68 мм; В - железо (массивный образец).
Рис. 5. Коэффициент отражения различных металлов как функция длины волны.
А - полированное серебро; В - медь; С - алюминий; D-никель; F-углеродистая сталь.
Рис. 3 помогает выбрать тип лазера, необходимый для резки выбранного материала. Например, стекло и плексиглас обладают высокой прозрачностью в видимой и ближней инфракрасной областях спектра, и поэтому в них поглощается лишь небольшая часть энергии лазера на АИГ с неодимом, но они сильно поглощают излучение на длине волны СО2 лазера (10,6 мкм), который и следует использовать для резки этих материалов. Указанная особенность характерна для большинства органических материалов (керамика, дерево, кожа и т.п.), которые обладают сильным поглощением в окрестности длине волны излучения СО2 лазера. У кремния более высокий коэффициент поглощения в ближней инфракрасной области, и он эффективнее поглощает энергию лазера на АИГ с неодимом по сравнению с энергией излучения СО2 лазера. Кривая для железа типична для всех металлов, имеющих высокий коэффициент отражения в дальней инфракрасной области (~10 мкм).
Коэффициент отражения металлов возрастает по мере смещения в дальнюю ИК-область спектра (рис. 5). Для длин волн, превышающих 5 мкм, коэффициенты отражения практически всех металлов превышают 90%. В указанной области коэффициент отражения связан с электропроводностью материала. Металлы с высокой электропроводностью обладают максимальными значениями коэффициента отражения в ИК - области спектра. Так, золото имеет более высокий коэффициент отражения, чем алюминий, а алюминий в свою очередь имеет более высокий коэффициент отражения, чем сталь. В такой же последовательности эти материалы располагаются в зависимости от их электропроводности.
Таким образом, большое практическое значение имеет правильный выбор длины волны лазера. В области более коротких волн значение величины 1-R существенно выше, чем на длине волны СО2 лазера. В частности, для стали при λ=1,06 мкм величина 1-R составляет ~0,35, что в семь раз выше, чем при λ,=10,6 мкм. Отсюда следует, что если на поверхность стали падают пучки лазеров на АИГ с неодимом и СО2 лазеров, имеющие одинаковую интенсивность, то, в начальной стадии, из пучка лазера на АИГ с неодимом поглощается в семь раз больше энергии. Поэтому во многих случаях контурная резка выполняется легче более коротковолновым лазером.
Дата добавления: 2015-03-23; просмотров: 8911;