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高反射率材料红外激光焊接中功率调制对能量耦合效率影响的机理研究
摘要： 高反射率材料（如镁、铜和铝）会导致其红外激光焊接过程的热效率较低。本研究选用AZ31镁合金来探究功率调制对高反射率材料激光焊接中能量耦合效率的影响，建立了能量耦合效率与调制参数之间的关系模型。优化后的调制功率激光焊接，其能量耦合效率约为恒定功率焊接的1.58倍。通过分析焊接过程中小孔演化及沿小孔壁产生的压力分布，探究了其作用机理。采用半夹层法结合高速摄像技术，观察了常规材料（Q345钢，反射率65%）与高反射率材料（AZ31，反射率85%）在激光连续焊接过程中的小孔演化情况。结果表明：通过功率调制提高高反射率材料激光焊接过程能量耦合效率的关键在于形成深小孔并延长其存在时间。当瞬时功率从峰值下降时，小孔底部仍保持足够的反冲压力以抵抗液态金属的表面张力和静水压力，这是大深度小孔能够长时间存在的根本原因。
关键词： 激光焊接、镁合金、反冲压力、小孔效应、高反射性材料、功率调制
更新于2025-11-28 14:24:20
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4H碳化硅晶圆激光烧蚀过程中重铸行为的探究
摘要： 4H碳化硅（SiC）是适用于高速功率器件的半导体材料，同时也是一种典型的难加工硬脆材料。激光烧蚀是加工SiC的有效方法，但重铸层是激光烧蚀过程中不可避免的热损伤。本研究通过实验与数值模拟相结合的方法，探究了4H-SiC激光烧蚀过程中的重铸行为。重铸凸起高度为1.4-3.3微米，宽度为12-22微米，其成分包含SiC、Si和SiO2（检测到15.08 wt%的氧元素）。扫描电镜观察显示重铸凸起上存在微裂纹和孔隙群。熔池中的反冲压力与表面张力主导着重铸凸起的形成过程。5000K温度下Si蒸汽的反冲压力达2.27MPa，相当于大气压的22倍。模拟结果表明熔池中部流体呈环绕流动，周边流体向上流动——上部流动近乎层流，而熔池底部流动呈湍流状态并裹挟空气形成气泡。随着时间推移，熔池中汽化形成的匙孔逐渐加深且侧壁更趋倾斜，同时伴随重铸凸起的"生长"。平均激光功率增大导致重铸高度与宽度增加的主要原因有三：(a)反冲压力升高；(b)熔池温度梯度增大强化了马兰戈尼对流；(c)熔池体积扩大致使更多材料熔化。激光扫描速度降低时，熔池内更多液态材料发生汽化而非向外喷射形成重铸凸起。激光脉冲频率升高会降低峰值激光强度，从而导致反冲压力减小，同时还会减弱激光加热能力并减少可喷射的熔融材料量。
关键词： 马兰戈尼对流、反冲压力、4H碳化硅、重铸层、激光烧蚀
更新于2025-09-11 14:15:04