Таблица 1.1 Коэффициенты поглощения различных материалов a, для излучения l = 10,6 мкм, % .[2]

При нагревании образца электрическая проводимость металлов уменьшается, соответственно возрастают коэффициенты поглощения. Если лазерная обработка поверхности происходит в воздушной или какой-либо окислительной среде, то происходит рост оксидной пленки на поверхности образца и происходит дополнительное увеличение поглощательной способности ( рис. 1.1 ) [2].

По мере роста оксидной пленки на поверхности железа коэффициент отражения периодически уменьшается, когда толщина пленки становится кратной половине длинны волны света. Таким образом aэф испытывает изменения во времени ( рис. 1.2 б ). Эффективный коэффициент поглощения железа может быть на порядок выше, чем тот же коэффициент для чистой поверхности.

Оксидная пленки на поверхности алюминия термически прочная, Tпл выше 20000 С и ее толщина при нагревании не изменяется и коэффициент поглощения остается практически постоянным ( рис. 1.2 а ).

Коэффициент поглощения можно увеличивать искусственно. Для излучения CO2 - лазеров это особенно важно, т.к. на длине волны излучения l = 10,6 мкм коэффициенты поглощения для большинства металлов менее 10%. Для увеличения поглощения поверхность образца покрывают специальными теплостойкими веществами, хорошо поглащающими ИК - излучение, например фосфат цинка, для которого при Т = 10000 С эффективный коэффициент поглощения aэф = 0,7.

Влияние поляризации лазерного излучения. При перемещении лазерного излучения относительно материала образуется рез, нормаль к поверхности которого составляет с падающим лучом угол y ( рис. 1.3 ). При наклонном падении отражение лазерного излучения зависит от поляризации. Способности поглощения лазерного излучения a÷ú - составляющей, лежащей в плоскости падения луча, и a^ - составляющей, перпендикулярной плоскости падения луча, в общем случае различны. Это означает, что способность поглощения поляризованного излучения зависит от ориентации электрического вектора напряженности относительно поверхности металла.

Зависимость способности к поглощению излучения железа и алюминия на длине волны l = 10,6 мкм для двух составляющих a÷ú и a^ приведены на рисунке 1.4.

При ширине луча d и толщине разрезаемого материала h средний угол падения определяется выражением y = arctg ( h/d ).

Например, при резке материала толщиной 1,5 мм с диаметром пятна фокусировки 0,1 мм y = 800 .

Используя зависимость aэф от угла падения луча на поверхность можно определить доли поглощенного лазерного излучения для параллельной и перпендикулярной составляющих поляризации и их отношение a÷ú /a^ = 20, при y = 800.

Это означает, что при совпадении плоскостей резки и поляризации луча ( при направлении резки, параллельной плоскости поляризации ) поглощенная на лобовой поверхности реза мощность излучения в 20 раз больше, чем при перпендикулярном положении векторов скорости резки и поляризации.

Это характерный случай получения глубокого реза в материале, т.к. отношение h/d составляет примерно 5,6 , и при рассмотрении необходимо учитывать влияние поляризации.

В случае поверхностной обработки или неглубокого проникновения излучения в материал, когда отношение h/d принимает небольшие значения, влиянием ориентации векторов скорости резки и поляризации можно пренебречь. Например, при прорезании металла на глубину 0,3 мм угол y составит 450 , а отношение поглощения параллельной к перпендикулярной составляющих поляризации равно 1,2.

Отражательная способность металлов существенно зависит от температуры, а отношение a÷ú /a^ уменьшается с уменьшением температуры. Так как поглощательная способность сильно зависит от угла падения, относительная разориентация векторов скорости резки и поляризации, линейно поляризованного излучения может привести к наклону реза. Этот эффект схематически показан на рисунке 1.4 [4].

При совпадении плоскостей реза и поляризации большая часть энергии излучения поглощается впереди реза, что обеспечивает максимальную скорость резки при минимальной ширине. Если плоскость поляризации перпендикулярна плоскости реза, то большая часть энергии излучения поглощается боковыми сторонами реза. При промежуточных углах между поглощение несимметрично, что приводит к расширению реза и его искажению ( рис. 1.5 ). С увеличением скорости резки углы скоса кромок увеличиваются.