Nghiên cứu ứng dụng công nghệ làm sạch lớp sơn bề mặt chi tiết cơ khí bằng laser xung = paint removal on mechanical surfaces using a pulsed laser

CӜNG HÒA XÃ HӜI CHӪ 1*+Ƭ$ 9,ӊT NAMĈӝc lұp – Tӵ do – Hҥnh phúc BҦN XÁC NHҰN CHӌNH SӰA LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ Hӑ và tên tác giҧ luұQYăQTRҪN QUӔC VIӊT ĈӅ tài luұQYăQNghiên cӭu ӭng dөng công nghӋ làm

LUϯ$ϩC

Nghiên cнu нng dкng công nghЪ

làm sЗch lе’•д„Ч mТt chi tiЦ–…дŠÀ

„Пng laser xung (Paint removal on mechanical surfaces using a pulsed laser)

CӜNG HÒA XÃ HӜI CHӪ 1*+Ƭ$ 9,ӊT NAM

Ĉӝc lұp – Tӵ do – Hҥnh phúc

BҦN XÁC NHҰN CHӌNH SӰA LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ

Hӑ và tên tác giҧ luұQYăQTRҪN QUӔC VIӊT

ĈӅ tài luұQYăQNghiên cӭu ӭng dөng công nghӋ làm sҥch lӟSVѫQEӅ mһt

chi tiӃWFѫNKtEҵng laser xung (Paint removal on mechanical surfaces using a pulsed laser)

Chuyên ngành: &ѫNKt&KtQK[iFYj4XDQJKӑc

Mã sӕ HV: 20202862M

Tác giҧ1JѭӡLKѭӟng dүn khoa hӑc và HӝLÿӗng chҩm luұQYăQ[iFnhұn tác giҧ ÿmVӱa chӳa, bә sung luұQYăQWKHRELrQEҧn hӑp HӝLÿӗng ngày 29/10/2022 vӟi các nӝi dung sau:

9 ĈmVӱa nhӳng lӛi soҥn thҧo và trình bày

9 ĈmWUuQKEj\Oҥi kӃt quҧ thí nghiӋm, bә sung các phân tích vӅ kӃt quҧ thí nghiӋm

9 Bә sung thêm các bҧQJYjÿӗ thӏ, chӍnh sӱa và bә sung các thuұt ngӳ và hình ҧnh cho hӧSOêKѫQ

1Jj\WKiQJQăP

CHӪ TӎCH HӜ,ĈӖNG

Mүu 1c

ĈҤI HӐC BÁCH KHOA HÀ NӜI

Nhu cҫu làm sҥFKVѫQWUrQEӅ mһt chi tiӃWFѫNKtEҵQJSKѭѫQJSKiSWLrQWLӃn

là rҩt cҩp thiӃt, bӣi cҫn hҥn chӃ nhӳQJQKѭӧFÿiӇm cӕ hӳu cӫa nhӳQJSKѭѫQJSKiSphә WK{QJQKѭҧQKKѭӣng tӟi sӭc khӓHFRQQJѭӡi, ҧQKKѭӣng tӟLP{LWUѭӡng sӕng, phá hӫy mӝt phҫn bӅ mһt hay gây lҳQJÿӑng chҩt thҧi ӣ rãnh và khe hӣ3KѭѫQJpháp làm sҥFKVѫQEҵng fiber laser dҥng xung rҩWÿiQJÿѭӧc quan tâm bӣi nó có nhiӅXWtQKѭXYLӋt so vӟi FiFSKѭѫQJSKiSNKiF

b) MөFÿtFKQJKLrQFӭu cӫa luұQYăQÿӕLWѭӧng, phҥm vi nghiên cӭuNghiên cӭu và ÿinh giá ÿѭӧc ҧnh hѭӣng cӫa chӃ ÿӝ công nghӋ khi làm sҥch lӟp sѫn bӅ mһt chi tiӃt cѫ khí bҵng laser sӧi quang bѭӟc sóng 1064 nm làm viӋc ӣchӃ ÿӝ phát xung nano-giây

c) Tóm tҳWF{ÿӑng các nӝi dung chính YjÿyQJJySPӟi cӫa tác giҧBài luұQYăQQj\FyQӝi dung chính là nguyên lý hoҥWÿӝng cӫa fiber laser dҥQJ[XQJFѫFKӃ làm sҥch tách lӟp cho chi tiӃWÿDOӟp phӫ; thí nghiӋm các thông

sӕ ҧQKKѭӣng tӟi quá trình làm sҥch và ҧQKKѭӣQJFѫKӑc lên bӅ mһWWUѭӟc và sau khi làm sҥch bҵng phѭѫQJSKiSQj\

III Lӡi cҧPѫQ:

Em xin chân thành cҧPѫQ3*6 76 9NJ Thanh Tùng, PGS TS NguyӉn Thӏ3KѭѫQJ0DLFQJQKyPFKX\rQP{Q&ѫNKt&KtQK[iFYj4XDQJKӑFÿmKѭӟng dүn, hӛ trӧ em hoàn thành bài luұQYăQQj\(PFNJQJ[LQFҧPѫQ7UѭӡQJ&ѫNKtYjĈҥi hӑc Bách Khoa Hà NӝLÿmWҥo dӵQJQrQP{LWUѭӡng hӑc tұp, nghiên cӭutuyӋt vӡLÿӇ em có nguӗn cҧm hӭQJYjQăQJOѭӧng tích cӵc cho sӵ nghiӋp

Hӑc viên

(Ký và ghi rõ hӑ tên)

MӨC LӨC

MӨC LӨC 6

DANH MӨC HÌNH Ҧ1+ĈӖ THӎ VÀ BҦNG BIӆU 9

&Ѫ6Ӣ KHOA HӐC VÀ THӴC TIӈN CӪ$Ĉӄ TÀI 11

&+ѬѪ1* TÍNH CҨP THIӂT CӪ$Ĉӄ TÀI VÀ KHҦ 1Ă1* ӬNG DӨNG CÔNG NGHӊ LÀM SҤCH LӞ36Ѫ1%ӄ MҺT CHI TIӂ7&Ѫ.+Ë%ҴNG LASER XUNG 12

1.1 Tҫm quan trӑng cӫa viӋc làm sҥch lӟSVѫQWUrQEӅ mһt 12

1.2 Tҫm quan trӑng cӫa lӟSVѫQ 13

1.3 7tQKѭXYLӋt và khҧ QăQJӭng dөng cӫDSKѭѫQJ SKiSOjPVҥch lӟp VѫQEӅ mһt chi tiӃWFѫNKtEҵng laser dҥng xung 14

&+ѬѪ1* LӞ36Ѫ19¬9ҰT LIӊU NӄN 16

2.1 LӟSVѫQ 16

2.2 Vұt liӋu nӅn 18

2.2.1 Phân tích vӅ vұt liӋu nӅn trong làm sҥFKVѫQEӅ mһt bҵng laser 18

2.2.2 Chuҭn bӏ bӅ mһt vұt liӋu nӅQWUѭӟFNKLVѫQ 19

&+ѬѪ1* 3+ѬѪ1*3+È3/¬06ҤCH Bӄ MҺT CHI TIӂT &Ѫ.+Ë%ҴNG LASER XUNG 21

3.1 Laser xung 21

3.2 ѬXÿLӇm cӫa fiber laser xung 23

3.3 Fiber laser – Laser sӧi quang 23

3.3.1 Cҩu tҥo và nguyên lý hoҥWÿӝng cӫa fiber laser 23

3.3.2 Cҩu tҥRYjFѫFKӃ phát xung cӫa fiber laser dҥng xung 30

3.4 1JX\rQOêWѭѫQJWiFFӫa laser và vұt liӋu 33

3.4.1 Sӵ lan truyӅQQăQJOѭӧng ánh sáng trong vұt liӋu 33

3.4.2 &ѫFKӃ hҩp thө QăQJOѭӧng cӫa vұt liӋu 35

3.4.3 3KѭѫQJWUuQKQKLӋt 37

3.4.4 Phҧn ӭng cӫa vұt liӋu 39

3.5 &ѫFKӃ làm sҥch lӟp phӫ bҵng laser fiber xung 40

3.5.1 &ѫFKӃ làm sҥch 40

3.5.2 &iFSKѭѫQJSKiSOjPVҥch bҵng laser fiber xung 43

&+ѬѪ1* THÍ NGHIӊ0ĈÈ1+*,È9¬.ӂT LUҰN 45

4.1 MөFÿtFKWKtQJKLӋm 45

4.2 Chuҭn bӏ mүu thí nghiӋm 46

4.3 Các thiӃt bӏ sӱ dөng trong thí nghiӋm 47

4.4 Lӵa chӑn thông sӕ thí nghiӋm 50

4.5 Quy trình thӵc hiӋn thí nghiӋm 51

4.6 KӃt quҧÿiQKJLiYjNӃt luұn 52

4.6.1 KӃt quҧ thí nghiӋm 52

4.6.2 ĈiQKJLi 59

4.6.3 KӃt luұn 60

TÀI LIӊU THAM KHҦO 62

PHӨ LӨC 65

PHӨ LӨ&$&iFSKѭѫQJSKiSOjPVҥch bӅ mһt 65

A.1 Làm sҥch lӟSVѫQEӅ mһt bҵQJSKѭѫQJSKiSFѫKӑc 65

A.2 Làm sҥch lӟSVѫQEӅ mһt bҵQJSKѭѫQJSKiSKyDKӑc 67

A.3 Làm sҥch lӟSVѫQEӅ mһt bҵQJSKѭѫQJSKiSKLӋu ӭng vұt lý 68

PHӨ LӨC B: Cҩu tҥo cӫDVѫQ 71

B.1 Chҩt tҥRPjQJVѫQ 71

B.2 Bӝt màu và bӝWÿӝn 71

B.3 Dung môi 73

B.4 Các chҩt phө gia 73

PHӨ LӨC C: Các tiêu chuҭn vӅ mӭFÿӝ bҭn và mӭFÿӝ làm sҥch cӫa bӅ

mһt 75

PHӨ LӨC D: Tiêu chuҭn vӅ ÿӝ nhám bӅ mһt 78

PHӨ LӨC E: Cҩu tҥo hӋ thӕng làm sҥch lӟSVѫQEӅ mһt bҵng laser xung 80

E.1 Nguӗn fiber laser 80

E.2 HӋ thҩu kính chuҭn trӵc 82

E.3 HӋ JѭѫQJTXpW*DOYR 83

E.4 HӋ thҩu kính quét 84

E.5 MҥFKÿLӅu khiӇn và Phҫn mӅPÿLӅu khiӇn 85

E.6 HӋ FѫNKtJiÿһWÿҫu quét và chi tiӃt cҫn làm sҥch 86

DANH MӨC HÌNH ҦNHĈӖ THӎ VÀ BҦNG BIӆU

Hình 1.1 Làm sҥch lӟSVѫQWUrQYӓ máy bay phҧn lӵFWUѭӟc khi VѫQOҥi [2] 12

Hình 2.1 Cҩu tҥo các lӟSVѫQFӫa vӓ ô tô [7] 17

Hình 3.1 Cҩu hình hoҥWÿӝQJFѫEҧn cӫa fiber laser [16] 24

Hình 3.2 Cҩu tҥo cӫa sӧi quang mӝt lӟp phӫ và sӧi quang hai lӟp phӫ [17] 25

Hình 3.3 Cҩu tҥo cӫa sӧi quang hoҥWÿӝng hai lӟp phӫ và cách truyӅn dүn [16].25 Hình 3.4 Quá trình hҩp thө bӭc xҥ và phát xҥ tӵ phát [18] 26

Hình 3.5 Quá trình phát xҥ kích thích [18] 28

Hình 3.6 KhuӃFKÿҥi laser xҧy ra trong buӗng cӝQJKѭӣng [18] 28

Hình 3.7 Cҩu trúc cӫa cách tӱ phҧn xҥ Bragg và phҧn ӭng cӫa quang phә dӵa trên cҩu trúc triӃt suҩt [19] 29

Hình 3.8 KӃt hӧp laser tӯ nhiӅu nguӗQNKiFQKDXÿӇ WăQJF{QJVXҩWÿҫu ra [16]30 Hình 3.9 Cҩu hình Bӝ JLDRÿӝng chính – Bӝ khuӃFKÿҥi MOPA [16] 31

Hình 3.10 Cҩu hình bӝ khuӃFKÿҥi công suҩt PA [16] 31

Hình 3.11 DҥQJQăQJOѭӧQJ ÿҫu ra cӫa tia laser a, Laser liên tөc; b, Laser xung [16] 32

+uQKĈѭӡng kính chùm laser tính theo biên dҥQJ*DXVVLDQVDXNKLÿLTXD thҩu kính hӝi tө [20] 41

+uQK&ѫFKӃ EyFWiFKVѫQD%yFWiFKEҵng laser; b Phân hӫy nhiӋt 43

+uQK&iFSKѭѫQJSKiSOjPVҥch: a, Làm sҥch khô; b, Làm sҥch ҭm; c, Làm sҥch bҵng sóng xung kích plasma [23] 43

Hình 4.1 Vӓ phҫn hông xe ô tô Hyundai i10 bҵng thép 46

Hình 4.2 Vӓ phҫn cҧQWUѭӟc xe ô tô Hyundai i10 bҵng FRP composite 46

Hình 4.3 ThiӃt bӏ làm sҥch bҵng fiber laser xung Brimo MF50 48

Hình 4.4 ThiӃt bӏ ÿRÿӝ nhám Mitutoyo SJ-301 49

Hình 4.5 Kính hiӇn vi Kern OBN-14 50

Hình 4.6 Hình ҧnh lӟSVѫQWUrQEӅ mһWWUѭӟc khi thí nghiӋm 51

Hình 4.7 a) KӃt quҧ làm sҥch tӟi lӟp lót asphalt; b) KӃt quҧ khi cӕ gҳng xuyên qua lӟp lót asphalt 59

Hình 4.8 Các quá trình cӫa làm sҥFKVѫQWUrQEӅ mһt chi tiӃt vӓ thép 59

Ĉӗ thӏ 1 Các thành phҫn cӫDVѫQ 16

Ĉӗ thӏ 2 Sӵ hҩp thө cӫa mӝt sӕ vұt liӋXÿӕi vӟLFiFEѭӟc sóng laser [15] 22

Ĉӗ thӏ Ĉӝ sâu hҩp thө TXDQJÿӕi vӟi mӝt sӕ vұt liӋu trên dҧLEѭӟc sóng [21] 35 Ĉӗ thӏ 4 Liên hӋ giӳa hӋ sӕ WѭӟFVѫQ36)YjPұWÿӝ ҧQKKѭӣng cӫa laser [22] 42

Ĉӗ thӏ Ĉӝ nhám Ry5WKD\ÿәi trong thí nghiӋm 1 53

Ĉӗ thӏ Ĉӝ nhám Ry5WKD\ÿәi trong thí nghiӋm 3 57

BҧQJĈiQKJLiFiFSKѭѫQJSKiSOjPVҥch bӅ mһt [4] 15

Bҧng 2 Thông sӕ cӫa mӝt sӕ loҥi laser xung [15] 22

Bҧng 3 Thông sӕ kӻ thuұt cӫa thiӃt bӏ Brimo MF50 [24] 47

Bҧng 4 Thông sӕ kӻ thuұt cӫa thiӃt bӏ ÿRÿӝ nhám Mitutoyo SJ-301 [25] 48

Bҧng 5 Thông sӕ kӻ thuұt cӫa kính hiӇn vi Kern OBN-14 [26] 49

Bҧng 6 KӃt quҧ thí nghiӋPWURQJWUѭӡng hӧp 1 53

Bҧng 7 KӃt quҧ thí nghiӋPWURQJWUѭӡng hӧp 2 55

Bҧng 8 KӃt quҧ thí nghiӋPWURQJWUѭӡng hӧp 3 57

&Ѫ6Ӣ KHOA HӐC VÀ THӴC TIӈN CӪ$Ĉӄ TÀI

Công nghӋ laser quang sӧi sӱ dөng sӧLTXDQJÿӇ khuӃFKÿҥi và truyӅn dүnlaser tӯ nguӗn phát tӟLÿҫu gia công vӟi tӹ lӋ VX\KDRQăQJOѭӧQJWUrQÿѭӡng truyӅnthҩp, hiӋu suҩt chuyӇQÿәLQăQJOѭӧng cao, tuәi thӑ lên tӟi 100.000 giӡ Bên cҥnh ÿyF{QJQJKӋ này không yêu cҫu phҧLFăQFKӍnh phӭc tҥp khi vұn hành, không cҫnphҧi bҧo trì và rҩt dӉ sӱ dөQJOjѭXÿLӇm cӫa laser sӱ dөng sӧi quang so vӟi laser CO2 Ngoài ra laser sӧi quang nhӓ gӑn, linh hoҥt và tiêu tӕQtWQăQJOѭӧng khi sӱdөng

Các nguӗn laser công suҩt cao hiӋn nay có khҧ QăQJOjPYLӋc ӣ chӃ ÿӝ phát xung linh hoҥt, tӯ ÿӃn 1 triӋX[XQJWURQJJLk\ÿӝ rӝng xung tӯ QPÿӃn

300 nm, cho phép tҥRUDQăQJOѭӧng tӭc thӡi lӟQNLORZDWWÿӃn megawatt) trong thӡi gian siêu ngҳn Trong thӡi gian ngҳn cӫa xung laser, nhiӋWÿӝ cӫa lӟp bӅ mһtcӫa chi tiӃWFѫNKtWăQJOrQUҩt nhanh và gây ra sӵ chênh lӋch nhiӋWÿӝ lӟn giӳa lӟp

bӅ mһt và lӟp vұt liӋu nӅn do khҧ QăQJGүn nhiӋt khác nhau cӫa 2 lӟp vұt liӋu Sӵchênh lӋch nhiӋWÿӝ gây ra nӝi ӭng suҩt phá vӥ liên kӃt giӳa lӟp vұt liӋt nӅn và lӟp

bӅ mһt Sӵ JLDWăQJQKLӋWÿӝ cӫa chi tiӃWGѭӟi tác dөng cӫa các xung laser liên tiӃpFNJQJGүQÿӃn sӵ giãn nӣ nhanh chóng cӫa lӟp bӅ mһt trên cùng và hình thành sӵlan truyӅn sóng xung kích vào các lӟp bên trong Sóng xung kích này góp phҫnWăQJFѭӡng phá vӥ liên kӃt cӫa lӟp bҭn bӅ mһt vӟi lӟp nӅn

ViӋW1DPÿDQJÿҭy mҥnh công nghiӋp chӃ tҥo ô tô, tàu thӫy và các ngành công nhiӋp phө trӧ NhiӅXQKjPi\{W{ÿmÿѭӧc xây dӵQJQKѭ9LQIDVWKD\7UѭӡngHҧi Công nghӋ làm sҥch bҵng laser có thӇ sӱ dөQJÿӇ làm sҥch lӟSVѫQFKRYӓ ô

tô, tàu thӫ\ĈһFWUѭQJFӫa lӟp vӓ OjNtFKWKѭӟc lӟn, yêu cҫXÿӝ sҥFKYjÿӝ bóng cao BҵQJFiFKÿLӅu chӍnh thông sӕ công nghӋ (công suҩWÿӝ rӝng xung, chu kǤphát xung) có thӇ ÿLӅu khiӇn chiӅu sâu lӟp vұt liӋu bӏ loҥi bӓ theo yêu cҫu TӕFÿӝlàm sҥch cao, có thӇ ÿҥt tӕFÿӝ 1 m/s theo 1 chiӅu quét, khҧ QăQJÿLӅu chӍQKÿҫuquét linh hoҥt, không gây biӃn dҥng bӅ mһt, làm sҥch bӅ mһt có vұt liӋu cӭng và nhiӅu loҥi vұt liӋu là nhӳQJѭXÿLӇPYѭӧt trӝi cӫa công nghӋ này Nghiên cӭu này ÿһt mөc tiêu làm chӫ công nghӋ làm sҥch lӟSVѫQEӅ mһt chi tiӃWFѫNKtEҵng laser sӧi quang 1064 nm ӣ chӃ ÿӝ phát xung nano-giây

&+ѬѪ1* TÍNH CҨP THIӂT CӪ$Ĉӄ TÀI VÀ KHҦ 1Ă1*ӬNG

- 7Uѭӟc khi tiӃQKjQKVѫQphӫ các loҥi bӅ mһWQJѭӡi ta cҫn làm sҥch bӅ mһt

- 7Uѭӟc khi tiӃn hành mҥ bӅ mһWQJѭӡLWDFNJQJSKҧi loҥi bӓ tҩt cҧ các tҥp chҩt

có trên bӅ mһt chi tiӃt

- 7Uѭӟc khi sӱa chӳa, bҧRGѭӥng mӝt chi tiӃt máy vұQKjQKWURQJP{WWUѭӡng dҫu mӥQJѭӡLWDFNJQJSKҧi làm sҥch các lӟp dҫu mӥ bám trên bӅ mһWÿӇ quan sát chӛ hӓng dӉ GjQJKѫQFNJQJQKѭÿӇ tiӃn hành sӱa chӳa

- 7Uѭӟc và sau khi thӵc hiӋn các mӕLKjQQJѭӡLWDÿӅu cҫn làm sҥch

- Làm sҥch các lӟp rӍ sét trên bӅ mһt kim loҥi

- Làm sҥch bӅ mһt bên trong lòng khuôn cӫa các loҥLNKX{Qÿ~FFDRVXNKX{Qÿ~FQK{P«

Hình 1.1 Làm s̩ch lͣSV˯QWUrQY͗ máy bay ph̫n l͹c WU˱ͣFNKLV˯QO̩i [2]

Có thӇ nói, nhu cҫu làm sҥch bӅ mһt là rҩt lӟn, ÿһc biӋWOjWURQJOƭQKYӵccông nghiӋp Trong phҥm vi cӫDÿӅ tài nghiên cӭu này sӁ tұp trung vào mөFÿtFKlàm sҥch lӟSVѫQFNJWUrQEӅ mһt chi tiӃt.

1.2 Tҫm quan trӑng cӫa lӟSVѫQ

Theo TCVN 8790 : 2011 (SѫQEҧo vӋ kӃt cҩu thép - Quy trình thi công và nghiӋm thu ÿӏQKQJKƭDVѫQOjPӝt loҥi vұt liӋu phӫ có màu sҳFWKѭӡng ӣ dҥng lӓng, bӝt nhão hay bӝWNKLTXpWOăQKD\SKXQOrQEӅ mһt có thӇ tҥo thành màng phӫ, có tính chҩt bҧo vӋ chӕQJăQPzQWUDQJWUtKD\FiFWtQKFKҩt cө thӇ khác theo yêu cҫu cӫa công trình [1]

6ѫQUҩt quan trӑng trong mӝt sӕ chi tiӃt, trên công trình hay trên thiӃt bӏ có ÿLӅu kiӋn làm viӋc khҳc nghiӋt 6ѫQKLӋu quҧ kKLFyÿӫ OѭӧQJVѫQEDREӑc lên bӅmһt vұt thӇ cҫQVѫQ, sao cho bҧn thân lӟSVѫQÿyWҥo thành mӝt lӟp màng có tính liên kӃt, bҧo vӋ vұt thӇ cҫQVѫQNKӓLÿӝ ҭm hoһc các tác nhân gây hҥi khác tӯ môi WUѭӡng và vұt liӋu (ví dө QKѭFiFWiFQKkQWӯ ErQQJRjLQKѭPѭDJLyQҳng, … và các tác nhân tӯ WURQJUDQKѭNLӅm hóa cӫD[LPăQJKѫLҭm, các vӃt nӭt do vұt liӋu

bӏ WKD\ÿәi theo thӡi gian, …) 1JRjLUDVѫQFyFKӭFQăQJWăQJWtQKWKҭPPƭWUDQJtrí và mӝt sӕ chӭFQăQJNKiF

7UѭӟFNKLVѫQFyPӝWEѭӟFÿһc biӋt quan trӑng là xӱ lý bӅ mһt Xӱ lý bӅmһt càng tӕt thì kӃt quҧ WKXÿѭӧc (chҩWOѭӧQJPjQJVѫQWXәi thӑ màng, giá thành ÿҫXWѭ VӁ FjQJFDR'RÿyEҩt cӭ viӋFWKLF{QJVѫQQKѭWKӃ nào, dù lӟn hay nhӓ,mӟLKD\FNJWURQJKD\QJRjLQӅn gҥch hay kim loҥLFNJQJSKҧi bҳWÿҫu bҵng viӋc

xӱ lý bӅ mһt MӛLWKDRWiFÿ~QJÿӅu làPWăQJNKҧ QăQJEҧo vӋ bӅ mһt thi công NӃu xӱ OêNK{QJÿ~QJVӁ làm ҧQKKѭӣng xҩXÿӃn chҩWOѭӧng sҧn phҭP&iFEѭӟc

ÿӇ xӱ lý bӅ mһWQKѭVDXORҥi bӓ tҥp chҩt trên bӅ mһt: lӟSVѫQFNJJӍ sét, dҫu mӥ,bөi bҭn…; sӱa chӳa các khuyӃt tҩt bӅ mһt: trám trét các lӛ, tҥo bӅ mһt bҵng phҷng; lau sҥFKYjÿӇ NK{7URQJÿyEѭӟFÿҫu tiên loҥi bӓ tҥp chҩt trên bӅ mһt là quan trӑng nhҩt Trong phҥPYLÿӅ tài nghiên cӭu sӁ tұp trung vào nghiên cӭu công nghӋloҥi bӓ lӟSVѫQFNJWUrQEӅ mһt bҵng công nghӋ laser dҥng xung

1.3 TínKѭXYLӋt và khҧ QăQJӭng dөng cӫa SKѭѫQJ SKiSOjPVҥch lӟSVѫQ

bӅ mһt chi tiӃWFѫNKtEҵng laser dҥng xung

Ĉӕi vӟi nhӳQJSKѭѫQJWLӋn có giá trӏ FDRQKѭ{W{KD\Pi\ED\WKuVDXPӝt thӡigian vұn hành tiӃp xúc vӟLÿLӅu kiӋQP{LWUѭӡng khҳc nghiӋt chҳc chҳn sӁ dүQÿӃnhiӋQWѭӧQJSKDLPjXVѫQKRһc bong tróc, xuҩt hiӋn các vӃt nӭt trên bӅ mһWVѫQ'RÿyVӁ cҫn phөc hӗi lӟSVѫQEҵQJTX\WUuQKVѫQOҥLWKuWURQJTX\WUuQKÿyEѭӟc loҥi

bӓ lӟSVѫQFNJOjUҩt quan trӑng bӣi khi loҥi bӓ lӟSVѫQFNJFyWKӇ kiӇPWUDKѭhӓng

bӅ mһWSKtDGѭӟi lӟSVѫQQӃu có, còn nӃXNK{QJÿѭӧc loҥi bӓ thì lӟSVѫQFNJFyWKӇOjPWăQJWUӑQJOѭӧng chi tiӃt và làm cho lӟSVѫQPӟi dӉ ERQJWUyFKѫQ+LӋn nay, lӟSVѫQFNJFӫa máy bay và ô tô chӫ yӃXÿѭӧc làm sҥch bҵng hóa chҩWQKѭQJSKѭѫQJSKiSQjy ÿӝc hҥi vӟLP{LWUѭӡQJYjFRQQJѭӡi KӇ cҧ nhӳQJSKѭѫQJSKiSphә WK{QJKѫQQKѭVӱ dөng máy mài cҫPWD\SKXQQѭӟc áp lӵc cao hay phun hҥtmài có thӇ làm hӓng bӅ mһt và tҥo ra rҩt nhiӅu bөi làm ҧQKKѭӣng trӵc tiӃp tӟi sӭckhӓHFRQQJѭӡLOѭӧng chҩt thҧi rDP{LWUѭӡQJFNJQJUҩt lӟn và khó xӱ lý Ngoài ra, nhӳQJSKѭѫQJSKiSÿy còn có thӇ hình thành cһQVѫQKRһc làm chҩt thҧi lҳQJÿӑng lҥi trong rãnh cӫa bӅ mһt [3] Cùng sӵ tiӃn bӝ cӫa công nghӋ, nhu cҫu làm sҥch tiên tiӃQKѫQÿӇ có thӇ ÿҥt hiӋu quҧ cao, hҥn chӃ và loҥi bӓ nhӳQJQKѭӧFÿLӇm cӫaFiFSKѭѫQJSKiSFNJOjY{FQJFҩp thiӃt Công nghӋ làm sҥch bҵng laser rҩWÿiQJ

ÿӇ quan tâm khi có nhiӅXѭXÿLӇPYѭӧt trӝi so vӟLFiFSKѭѫQJSKiSFzQOҥi

VӅ FѫEҧQFiFSKѭѫQJSKiSOjPVҥch lӟSVѫQEӅ mһt giӕng vӟLFiFSKѭѫQJpháp làm sҥch bӅ mһWWK{QJWKѭӡQJNKiFFKLDUDOjP SKѭѫQJ SKiSFKtQKOjSKѭѫQJSKiSFѫKӑFSKѭѫQJSKiSKyDKӑFYjSKѭѫQJSKiS sӱ dөng hiӋu ӭng vұtlý7URQJÿy

™ PKѭѫQJSKiSFѫKӑc bao gӗm: Làm sҥch bҵQJSKѭѫQJSKiSdùng dөng cөcҫm tay; Làm sҥch bҵQJSKѭѫQJSKiSSKXQEҳn hҥt mài; Làm sҥch bҵng SKѭѫQJSKiSSKXQQѭӟc áp lӵc cao

™ 3KѭѫQJ SKiSKyDKӑc bao gӗm: Làm sҥch bҵng cách sӱ dөng dung môi;Làm sҥch bҵng SKѭѫQJSKiSVӱ dөng axit; Làm sҥch bҵQJSKѭѫQJSKiSVӱdөng thuӕc tҭy kiӅm; Làm sҥch bҵQJSKѭѫQJSKiSÿLӋn hóa

™ 3KѭѫQJ SKiSVӱ dөng hiӋu ӭng vұt lý bao gӗm: Làm sҥch bҵng plasma; Làm sҥch bҵng sóng siêu âm; Làm sҥch bҵng laser

&iFSKѭѫQJSKiSÿѭӧc giӟi thiӋu cө thӇ KѫQӣ trong phҫn PHӨ LӨC A: Các SKѭѫQJSKiSOjPVҥch bӅ mһt.

Qua khҧo sát, ÿiQKJLi thì QJѭӡi nghiên cӭu thҩ\ÿѭӧFѭXWKӃ cӫDSKѭѫQJSKiSlàm sҥch bҵng laser so vӟLFiFSKѭѫQJSKiSWUX\Ӆn thӕng khi áp dөng vӟi mӝt sӕnhu cҫu cө thӇ VӅ tәQJTXDQSKѭѫQJSKiSOjVҥch laser có hiӋu quҧ FDRKѫQYjnhiӅXѭXÿLӇm so vӟLFiFSKѭѫQJSKiSFzQOҥi:

- Không tiӃS[~FQăQJOѭӧQJÿѭӧc truyӅQWK{QJTXDTXDQJQăQJ

- Ít tác ÿӝng tӟLP{LWUѭӡng: Không có hóa chҩWKD\GXQJP{Lÿӝc hҥLÿѭӧc

sӱ dөng và quá trình làm sҥch chӍ sinh ra mӝWOѭӧng nhӓ chҩt thҧi

- Tính chӑn lӑFWѭѫQJWiFYӟi các vұt liӋu khác nhau

- Có thӇ ÿLӅXKѭӟng: phҥm vi làm sҥch có thӇ linh hoҥWÿLӅu chӍnh

- Linh hoҥt: có thӇ ÿLӅu chӍnh các thông sӕ cӫa nguӗQODVHUÿӇ ÿҥWÿѭӧc hiӋusuҩt tӕt nhҩt

- BҧRWRjQÿѭӧc vұt liӋXErQGѭӟi: có thӇ ÿLӅu chӍQKÿӇ hҥn chӃ tӕLÿDҧnh Kѭӣng tӟi vұt liӋXErQGѭӟi

- Làm sҥch có kiӇm soát: có thӇ kiӇPVRiWÿӝ dày cӫa lӟp vұt liӋu bӏ loҥi bӓ,

có thӇ dӯng tia laser bҩt cӭ lúc nào

ĈLӇm hҥn chӃ cӫDSKѭѫQJSKiSOjPVҥch bҵQJODVHUOjJLiWKjQKÿҫXWѭEDQÿҫukhá cao so vӟi mӝt sӕ SKѭѫQJSKiSWUX\Ӆn thӕng khác, nên cҫn tính toán vӅ khӕiOѭӧng công viӋFYjQăQJVXҩt làm viӋc sao cho viӋFÿҫXWѭ là hӧp lý và khҧ QăQJthu hӗi vӕn, sinh lӡi là khҧ thi

B̫ng 1 ĈiQKJLiFiFSK˱˯QJSKiSOjPV̩ch b͉ m̿t [4]

&+ѬѪ1* LӞ36Ѫ19¬9ҰT LIӊU NӄN 2.1 LӟSVѫQ

6ѫQFyFҩu tҥo gӗm 4 thành phҫn chính là: chҩt tҥo màng; bӝt màu và bӝWÿӝn; dung môi; các chҩt phө gia Tham khҧo PHӨ LӨC B: Cҩu tҥo cӫDVѫQ

Ĉ͛ th͓ 1 Các thành ph̯n cͯDV˯Q

Trong thӵc tiӉn, PjQJVѫQ thành phҭm Fyÿӝ dày •80 μm và có thӇ có nhiӅulӟp là lӟp lót, lӟp trung gian, lӟp phӫ; ngoài ra còn có lӟp liên kӃt và lӟSWăQJFѭӡng [5]6ѫQFyQKӳng tính chҩWFѫKӑFOjÿӝ cӭQJÿӝ bӅn uӕQÿӝ EiPGtQKÿӝbӅQYDÿұpÿӝ bóng và tính chҩt hóa hӑFOjÿӝ bӅQD[LWÿӝ bӅn kiӅPÿӝ chӏu mһn,

ÿӝ chӏu dҫu [5]6DXNKLVѫQ[RQJEӅ mһt hoàn thiӋn phҧLÿҥWÿѭӧc các yêu cҫu kӻthuұt sau [6]:

- Tҥi các vӏ WUtÿһc biӋt quan trӑng: VӃt lӗi, lõm, bөi, nӭWÿӕm không nhìn thҩy; 0jXVѫQKRjQWKLӋn phҧLWKHRPjXÿmTX\ÿӏnh; Bөi phӫ không nhìn thҩ\ÿѭӧc

- Ĉӕi vӟi phҫn nhìn thҩy khác vӟi phҫQÿmQrXWUrQ: VӃt lӗi, lõm, bөi, nӭt, ÿӕm không nhìn thҩy; VӃt lõm, bөi không lan ra vùng khác trên bӅ mһt;Màu hoàn thiӋQNK{QJNKiFPjXÿmTX\ÿӏQKQKѭQJVӵ khác màu ӣ giai ÿRҥn thi công hoàn thiӋn ӣ JLDLÿRҥn hoàn thiӋn tàu

- Ĉӕi vӟi phҫn không nhìn thҩ\ÿѭӧc: VӃt lӗi, nӭt, không nhìn thҩy; Phҫnlõm sâu không lan ra vùng khác trên bӅ mһt; Chênh lӋch bӅ mһt không quá nghiêm trӑng

7URQJÿӅ WjLKѭӟng tӟi làm sҥch lӟSVѫQWUrQYӓ {W{7K{QJWKѭӡng, lӟSVѫQtrên vӓ ô tô có khoҧng 5 lӟp [7]:

Hình 2.1 C̭u t̩o các lͣSV˯Q cͯa v͗ ô tô [7]

x Lӟp Photphat: Tҥo ra 1 lӟp Photphat sҳt xӕp trên bӅ mһt tҩPW{QÿӇ tҥoÿLӅu kiӋn cho sӵ bám dính nhӳng lӟSVѫQVDXYjÿk\OjOӟp bҧo vӋ chӕngăQPzQUҩt tӕt

x LӟSVѫQQӅQQK~QJÿLӋn: LӟSVѫQQj\Wҥo thành lӟp bám dính cho lӟpVѫQOyWJLӳa chӕQJÿiYөn, lӟSVѫQOyWQJRjLYjOӟSVѫQEӅ mһt ngoài ViӋc phӫ lӟSVѫQQӅQÿѭӧc thӵc hiӋn bҵQJSKѭѫQJSKiSQK~QJSKѭѫQJSKiSÿLӋn hóa

x LӟSVѫQOyWJLӳa chӕQJÿiYөn: LӟSVѫQQj\ÿѭӧc phӫ cho bӅ mһt vӓngoài cӫa thân vӓ xe tҥi vӏ WUtÿһc biӋWFyQJX\FѫFKӏXWiFÿӝng cӫDÿivөn

x LӟSVѫQOyWQJRjL: LӟSVѫQQj\ÿӇ lҩSÿҫy các vӏ trí không bҵng phҷngnhӓ LӟS VѫQOyWWKѭӡQJÿѭӧFVѫQSKӫ bҵQJPi\SKXQVѫQWƭQKÿLӋn(hoһFV~QJSKXQVѫQ 1Ӄu lӟSVѫQEӅ mһWQJRjLÿѭӧFVѫQSKӫ trӵc tiӃplên lӟQVѫQOyWQJRjLOӟSVѫQOyWQJRjLVӁ giӳ vai trò cӫa lӟSVѫQWUѭӟc

bӅ mһt ngoài (lӟSVѫQWUѭӟc bӅ mһt ngoài chính là lӟSVѫQOyWWURQJhӋthӕng VѫQEyQJ 

x LӟSVѫQEӅ mһt ngoài: có 2 loҥLKD\ÿѭӧc sӱ dөng là sѫQWKѭӡng và VѫQgӕc kim loҥi VӟLVѫQWKѭӡng chia ra làm 2 cҩu trúc là 4 lӟp và 3 lӟp

Vӟi cҩXWU~FVѫQOӟp thì bên cҥnh lӟSVѫQQӅn và lӟSVѫQOyWQJRjL còn

có hai lӟSVѫQQӳDÿѭӧc phӫ thêm bҵQJSKѭѫQJSKiSSKXQWƭQKÿLӋn;còn vӟi cҩXWU~FVѫQOӟp thì gӗm lӟSVѫQQӅn, lӟSVѫQOyWngoài và lӟpVѫQEӅn mһt ngoài, ӣ ÿk\OӟSVѫQEӅ mһWQJRjLÿѭӧc phun trӵc tiӃp lênVѫQOyWQJRjL9ӟi loҥi còn lҥi sӱ dөQJVѫQJӕc kim loҥLÿӇ tҥo lӟp màu,hiӋu ӭng và mӝt lӟSVѫQEyQJÿӇ tҥRÿӝ bóng và bҧo vӋ

7UrQÿiQKJLiWKӵc tiӉn, khҧ QăQJOjPVҥch cӫDODVHUÿӕi vӟi lӟSVѫQOkXQăP

và lӟSVѫQPӟi khô không có sӵ khác biӋt [8] Dù vұ\PjXVѫQFyҧQKKѭӣng tӟikhҧ QăQJOjPVҥch Khҧ QăQJOjPVҥFKÿҥt hiӋu quҧ FDRKѫQNKLEѭӟc sóng cӫalaser khác vӟi màu sҳc cӫa lӟSVѫQGRNKҧ QăQJKҩp thө bӭc xҥ FDRKѫQ[8] Do vұy, trong thí nghiӋm này sӁ sӱ dөQJODVHUFyEѭӟc sóng vùng hӗng ngoҥLÿӇ hҥnchӃ WiFÿӝng cӫDPjXVѫQWӟi khҧ QăQJOjPVҥch

2.2 Vұt liӋu nӅn

2.2.1 Phân tích vӅ vұt liӋu nӅn trong làm sҥFKVѫQEӅ mһt bҵng laser

x Vӟi vұt liӋu nӅn kim loҥi

HiӋn nay, chi tiӃt vӓ {W{WKѭӡQJÿѭӧc làm bҵng thép không gӍ, thép carbon cao, thép carbon thҩp, thép mҥ kӁm hoһc thép hӧSNLPÿӝ bӅn cao [7] Sӵ hiӋndiӋn cӫa các chҩt gây ô nhiӉm bӅ mһt, chҷng hҥQQKѭOӟp phӫ hӳXFѫUӍ sét và lӟpôxít, là mӝt trong nhӳng vҩQÿӅ khó giҧi quyӃt Sӵ phá hӫy bӅ mһt kim loҥi trong TXiWUuQKWѭӟc lӟp phӫ chӫ yӃu là do biӃn dҥng và ӭng suҩt cҧm ӭng nhiӋt, hiӋuӭng nhiӋt là tác dөng quan trӑQJÿӃn sӵ dүn nhiӋt cӫa bӅ mһt kim loҥLYuQăQJOѭӧng lӟn dүQÿӃn nӭt bӅ mһt kim loҥi [9] NhiӋWÿӝ bӅ mһt sӁ tiӃp tөFWăQJWURQJquá trình gia công Sӵ WKD\ÿәi nhiӋWÿӝ bӅ mһt phө thuӝFYjRÿӝ khuӃch tán nhiӋtcӫa vұt liӋu phӫÿӝ rӝng xung, tӕc ÿӝ lһp lҥLYjNtFKWKѭӟc chùm tia cӫa bӭc xҥ[10]

x Vӟi vұt liӋu nӅn composite

HiӋn nay, chi tiӃt vӓ bҵng nhӵDWUrQ{W{WKѭӡQJÿѭӧc làm bҵng loҥi nhӵa gia

cӕ bҵng sӧi FRP (Fiber Reinforced Plastic) hay còn gӑi là FRP composite do nó FyÿһFWtQKFѫKӑc cao và nhҽ [7] Vұt liӋX)53 FRPSRVLWHÿѭӧc hình thành bҵng chuӛLSRO\PHWKѭӡQJ OjHSR[\YLQ\OHVWHSRO\HVWH«  ÿѭӧc gia cӕ bҵng sӧiWKѭӡng là sӧi thӫy tinh, carbon, aramid hoһc bazan) Làm sҥch lӟSVѫQWUrQEӅ mһtbҵng tia laser là mӝt công nghӋ ÿҫy thách thӭFÿӕi vӟi vұt liӋu FRP composite vì

ÿһFWtQKNK{QJÿӗng nhҩt cӫa cҩu trúc Mӝt vҩQÿӅ là thành phҫn cao phân tӱ cӫaFRP composite dӉ bӏ phá hӫy ӣ nhiӋWÿӝ cao trong quá trình chiӃu xҥ laser và lӟpVѫQWUrQ FRP composite khó tҭ\KѫQVRYӟi các vұt liӋXWK{QJWKѭӡng do tính cҧmnhiӋt cӫa thành phҫn cao phân tӱ và tính dӉ mài mòn cӫa vұt liӋu làm sӧi gia cӕnên dӉ gây tách lӟSKѭKӓng và kéo sӧi ra ngoài [11].

2.2.2 Chuҭn bӏ bӅ mһt vұt liӋu nӅQWUѭӟFNKLVѫQ

x Tiêu chuҭn vӅ ÿӝ sҥFKWUѭӟFNKLVѫQ:

Tham khҧo TCVN 9276 : 2012 6ѫQSKӫ bҧo vӋ kӃt cҩu thép - +ѭӟng dүn kiӇmtra, giám sát chҩWOѭӧng quá trình thi công), chuҭn bӏ bӅ mһt vұt liӋu kim loҥi nӅn

ÿӇ VѫQOjPӝt trong nhӳQJF{QJÿRҥn quan trӑng nhҩt, ҧQKKѭӣng trӵc tiӃp tӟi chҩtOѭӧng cӫDPjQJVѫQCҫn kiӇm soát chһt chӁ F{QJÿRҥQQj\ÿӇ viӋFWKLF{QJVѫQÿҥt chҩWOѭӧng và tuәi thӑ ÿҥt yêu cҫu Các yӃu tӕ chính cӫa bӅ mһt vұt liӋu nӅnҧQKKѭӣng tӟi chҩWOѭӧQJPjQJVѫQEDRJӗPĈӝ sҥch bӅ mһt vұt liӋu nӅQYjĈӝnhám bӅ mһt vұt liӋu nӅn [12]

Phҧi loҥi bӓ khӓi bӅ mһt vұt liӋu nӅn các tҥp chҩWQKѭGҫu, mӥ, vӃt bҭn, vӃt mӕihàn, vҧy thép do chúng làm giҧm tính chҩt bám dính cӫDPjQJVѫQOrQEӅ mһtkim loҥi Cһn muӕi kӃt tӫDQKѭFORULWYjVXQIDW FNJQJSKҧLÿѭӧc loҥi bӓ, nӃu không

sӁ ҧQKKѭӣng rҩt lӟn tӟi tuәi thӑ Yjÿӝ bӅn cӫDPjQJVѫQ Phҧi loҥi bӓ cҧ lӟp oxit kim loҥi là sҧn phҭm cӫa quá trình gia công hoһFGRWiFÿӝng tӯ P{LWUѭӡng và khí hұu, lӟp này còn gӑi là lӟp gӍ và là nguyên nhân làm hӓQJPjQJVѫQ/ӟp gӍ này khá giòn và có thӇ rҥn nӭt hay bӏ ERQJUDNKLWKD\ÿәi nhiӋWÿӝ dүQÿӃQOjPKѭhӓQJPjQJ VѫQ Loҥi bӓ lӟp gӍ hay còn gӑLOjÿiQKJӍ có thӇ là mӝWF{QJÿRҥnriêng so vӟLF{QJÿRҥn loҥi bӓ tҥp chҩt trên bӅ mһt

BӅ mһt cuӕi cùng phҧi là kim loҥi trҫn, sáng Có thӇ còn lҥi mӝt phҫn nhӓ,mӓng cӫa lӟp gì hoһc lӟSVѫQPӓng trong các rãnh, lӛ nhӓ (nӃXQKѭEӅ mһt có các rãnh, lӛ) ĈӇ ÿiQKJLiQJKLӋm thu bӅ mһWWKpSÿѭӧc làm sҥch, phҧi tuân theo quy ÿӏnh sau: KiӇPWUDÿӝ sҥch bөLVѫQJӍ… trên bӅ mһt thép bҵng cách dùng kính lúp Fyÿӝ SKyQJÿҥi 6 lҫn soi trên bӅ mһWEiQWKpSÿӇ quan sát [1]Ĉӝ sҥch cӫa bӅ mһtÿѭӧFÿiQKJLiGӵa theo tiêu chuҭn ISO 8501 (Chuҭn bӏ nӅQWKpSWUѭӟc khi thi công VѫQYjFiFVҧn phҭm liên quan - ĈiQKJLiWUӵFTXDQÿӝ sҥch bӅ mһt), ÿiQKJLiWUӵcquan bҵng viӋFTXDQViWGѭӟLNtQKO~SFyÿӝ SKyQJÿҥi 6 lҫn [13] Ĉmÿѭӧc nêu cө

thӇ FiFWUѭӡng hӧp ӣ trong PHӨ LӨC C: Các tiêu chuҭn vӅ mӭFÿӝ bҭn và mӭc

ÿӝ làm sҥch cӫa bӅ mһt

Tham khҧo theo TCVN 8789 : 2011 (SѫQEҧo vӋ kӃt cҩu thép - Yêu cҫu kӻthuұWYjSKѭѫQJSKiSWKӱ), mүu thӱ thép tҩm sӱ dөQJFyÿӝ dày ít nhҩt 2mm và cҫn chuҭn bӏ bӅ mһWFyÿӝ sҥFKÿҥt Sa2.5 hoһc Sa3 mô tҧ trong ISO 8501 (Xem PHӨ LӨC C trang 75)

Tham khҧo theo TCCS 03 : 2014 (Tiêu chuҭn quҧn lý chҩWOѭӧQJÿyQJPӟi tàu biӇn vӓ thép – SѫQWKkQWjX) do Tәng công ty Công nghiӋp tàu thӫy biên soҥn, CөcHàng hҧi ViӋt Nam thҭPÿӏnh và ban hành, cҫn chuҭn bӏ bӅ mһWWUѭӟFNKLVѫQYӟi

ÿӝ sҥch Sa 2.5 mô tҧ trong ISO 8501 (Xem PHӨ LӨC C trang 75)

x Tiêu chuҭn vӅ ÿӝ nhám bӅ mһWWUѭӟFNKLVѫQ:

Ĉӝ nhám cӫa bӅ mһt kim loҥi có ҧQKKѭӣQJÿiQJNӇ tӟi chҩWOѭӧng cӫa màng VѫQQyOjPWăQJGLӋn tích tiӃS[~FJL~SPjQJVѫQEiPGtQKWӕWKѫQ0ӭFÿӝ nhám

bӅ mһt phө thuӝc cҧ vӅ loҥLYjNtFKWKѭӟc cӫa chҩt mjLPzQÿѭӧc sӱ dөng Các hҥWPjLWK{WKѭӡng tҥo bӅ mһWWK{YjVkXKѫQ0һt mài sâu tӕWKѫQVӁ tҥRÿLӅu kiӋn

ÿӇ VѫQEiPGtQKQKѭQJOѭӧQJVѫQWLrXWKө sӁ nhiӅXKѫQÿӇ phӫ kín bӅ mһWWKpSÿmtҥo nhám ChiӅXVkXUmQKÿmWҥo nhám cҫn lӟn bҵQJÿӃQÿӝ dày màng phӫtrong hӋ VѫQ4X\ÿӏnh này không áp dөQJÿѭӧc nӃXÿӝ nhám bӅ mһt quá lӟn vì NKLÿyVӁ xuҩt hiӋn sӵ tҥo góc và mұWÿӝ cӫa bӅ mһt nhám có thӇ ҧQKKѭӣQJÿӃn

ÿӝ bám dính cӫDPjQJVѫQ [5]

Trong 7&91  6ѫQEҧo vӋ kӃt cҩu thép - Yêu cҫu kӻ thuұt và SKѭѫQJSKiSWKӱ), mүu thӱ cҫn chuҭn bӏ bӅ mһWFyÿӝ QKiPWѭѫQJӭng vӟi mӭcWUXQJEuQK*QKѭWURQJWLrXFKXҭn ISO 8503 (Chuҭn bӏ nӅQWKpSWUѭӟc khi thi công VѫQYjFiFVҧn phҭm liên quan - ĈһFÿLӇPÿӝ nhám bӅ mһt cӫa nӅn WKpSÿmOjPsҥch bҵQJSKѭѫQJSKiSWKәi) [5] Ĉӝ nhám bӅ mһWWUѭӟFNKLVѫQFySKѭѫQJSKiSÿROjEҵng bút stylus lҩy kӃt quҧ ܴതതതതത hoһc bҵng kính hiӇn vi lҩy kӃt quҧ ݄௬ହ തതത [14].௬Hai thông sӕ trên có thӇ ÿiQKJLiWәQJTXiWÿѭӧFÿӝ VkXÿӍQKYjÿi\Fӫa nhҩp nhô

bӅ mһt nhám, phù hӧSÿӇ ÿiQKJLiNKҧ QăQJEiPGtQKPjQJVѫQCө thӇ ÿѭӧc trình bày trong trang 78 PHӨ LӨC D: Tiêu chuҭn vӅ ÿӝ nhám bӅ mһt

&+ѬѪ1* 3+ѬѪ1* 3+È3/¬06ҤCH Bӄ MҺT CHI TIӂ7&Ѫ.+Ë

BҴNG LASER XUNG 3.1 Laser xung

Laser xung (Pulsed Laser) là loҥi laser phát công suҩt quang theo các xung lһp lҥi theo chu kǤ và có tҫn sӕ [iFÿӏnh, chӭ không phát công suҩt quang liên tөctheo thӡL JLDQ QKѭ ODVHUOLrQ Wөc (Continuous-wave Laser) Nhӡ vұy, tҥi mӝtkhoҧng thӡi gian rҩt ngҳn trên bӅ mһt gia công nhұQÿѭӧFQăQJOѭӧng quang lӟn,

có thӇ OjPED\KѫLQJD\Oұp tӭc mӝWOѭӧng nhӓ các chҩt hoһc vұt liӋu trên bӅ mһtgia công QKѭQJGRF{QJVXҩt quang không liên tөc nên toàn bӝ phôi vұt liӋu không

bӏ nóng lên Công nghӋ laser xung này giúp tұSWUXQJQăQJOѭӧng vào mӝt vùng cөthӇ ÿӇ có thӇ ÿҥt hiӋu quҧ JLDF{QJFDRKѫQOjODVHUOLrQWөc bӣi laser liên tөc có thӇ làm nóng vұt liӋu nӅn hoһc khuӃch tán nhiӋWYjRP{LWUѭӡng gây tәn hao nһng Oѭӧng [4]'RѭXÿLӇPÿyODVHU[XQJFyWKӇ ӭng dөng trong nhӳQJWUѭӡng hӧpnhҩWÿӏnh mà laser liên tөFNK{QJOjPÿѭӧc, ví dө QKѭWURQJ\WӃ (phүu thuұt, khӱtrùng, …) hay thҭm mӻ khi mà cҫQOjPWiFÿӝng tӟi bên trên lӟp biӇu bì (xóa hình [ăP[yDQӕt ruӗi, ) mà không làm tәn hҥi tӟLErQGѭӟi lӟp biӇu bì TURQJÿӅ tài này tұSWUXQJYjRÿiQKJLiNKҧ QăQJOjPVҥch lӟSVѫQWUrQEӅ mһt chi tiӃWFѫNKtcӫa laser xung, là mӝt trong nhӳng ӭng dөng cӫa laser xung mà laser liên tөc không OjPÿѭӧc

Có nhiӅu loҥLODVHU[XQJQKѭODVHUFKҩt rҳn xung, laser thuӕc nhuӝm phát xung, laser bán dүn phát xung, laser sӧLTXDQJSKiW[XQJ«1KѭQJODVHUVӧi quang phát xung có nhӳQJѭXÿLӇm lӟn so vӟi các loҥLODVHU[XQJNKiFÿyOjOêGRWҥi sao

ÿӅ tài chӑn sӱ dөng laser sӧi quang phát xung VӅ khҧ QăQJKҩp thө, dӵa vào Ĉӗthӏ 2 có thӇ thҩy vұt liӋu sҳt thép và kim loҥi màu có khҧ QăQJKҩp thө rҩt tӕt ӣEѭӟc sóng 1064 nm, trong khi kim loҥLTXêQKѭYұy ӣ Eѭӟc sóng thҩSKѫQOj

nm và 532 nm, còn chҩt dҿo thì hҩp thө tӕt ӣ EѭӟFVyQJFDRKѫQQӳa [15] Vӟi chҩtOѭӧng chùm tia M2 < 2 miêu tҧ ӣ Bҧng 2 Thông sӕ cӫa mӝt sӕ loҥi laser xung sӁgiúp cho sӵ SKkQWiQQăQJOѭӧng trong vùng ҧQKKѭӣng nhiӋt rӝQJKѫQJL~SFKRtӕFÿӝ làm sҥFKQKDQKKѫQ Laser sӧi quang pha tҥS<EYѭӧt trӝLKѫQVRYӟi laser truyӅn thӕng sӱ dөng chҩt rҳn hoһFNKtOjPP{LWUѭӡng khuӃFKÿҥi ӣ nhiӅu khía cҥnh bao gӗm công suҩt, ÿӝ hӝi tө chùm tia, hiӋu suҩWQăQJOѭӧng, hiӋu quҧ không gian, tính әQÿӏnh cӫa nguӗn và chùm tia, ÿӝ tin cұy [16]

Do vұy, vӟLÿӕLWѭӧng nghiên cӭu cӫa luұQYăQQj\Vӱ dөng nguӗn fiberlaser Ytterbium dҥng xung là khҧ thi nhҩt và phù hӧp vӟLÿLӅu kiӋn có sҹn cӫaphòng thí nghiӋm.

Ĉ͛ th͓ 2 S͹ h̭p thͭ cͯa m͡t s͙ v̵t li͏Xÿ͙i vͣLFiFE˱ͣc sóng laser [15]

YAG laser Vanadate laser Ytterbium laser

Dҧi tҫn sӕ phát xung R 5 – 80 kHz 20 – 120 kHz 20 kHz – 1MHz

B̫ng 2 Thông s͙ cͯa m͡t s͙ lo̩i laser xung [15]

3.2 ѬXÿLӇm cӫa fiber laser xung

ѬXÿLӇPÿҫu tiên cӫa laser sӧi quang là có thӇ tҥo ra laser công suҩt cao, bҵng cách sӱ dөng sӧi quang khuӃFKÿҥi dài hoһc ghép các nguӗn vӟi nhau Công suҩt cӫa laser sӧi quang ngày càng cao

ѬXÿLӇm thӭ KDLOjÿӝ әQÿӏnh khi sӱ dөng sӧi quang so vӟi laser thông WKѭӡQJ/DVHUWK{QJWKѭӡng yêu cҫu khҳt khe vӅ vӏ WUtWѭѫQJTXDQJLӳDJѭѫQJtrong buӗng cӝQJKѭӣQJYjWKѭӡng xuyên phҧi hiӋu chӍnh do biӃQÿәi nhiӋt trong quá trình làm viӋc

ѬXÿLӇm thӭ ba là laser sӧi quang có hiӋu suҩt cao và dӉ dàng làm mát /DVHUWK{QJWKѭӡng có hiӋu suҩWGѭӟLQKѭQJODVHUVӧi quang có hiӋu suҩt lên tӟi 80% công suҩt cӫa nguӗQEѫPÿѭDYjR [4]ĈLӅu này chӭng tӓ QăQJOѭӧng hao tәn thҩSÿӗng thӡi phҫQQăQJOѭӧng chuyӇn thành nhiӋWFNJQJWKҩSĈһFWUѭQJQj\cho phép laser sӧi quang làm viӋc liên tөc trong thӡi gian dài, tuәi thӑ FDRKѫQnhiӅu so vӟi các loҥi laser khác

3.3 Fiber laser – Laser sӧi quang

)LEHUODVHUÿҫXWLrQGQJFѫFKӃ EѫPEiQGүn mӝt chӃ ÿӝ và chӍ có thӇ phát

xҥ QăQJOѭӧng cӥ chөFP: ÿѭӧFSKiWPLQKQăPFQJWKӡi gian vӟi laser bán dүQYjWUѭӟc cҧ laser CO2 Vӟi khҧ QăQJNKLrPWӕn này, vào thӡLÿLӇPÿy fiber ODVHUFKѭDFyӭng dөng thӵc tӃ WURQJÿӡi sӕQJFNJQJQKѭF{QJQJKLӋp [4] 1KѭQJtӟi hiӋn nay, nguӗn fiber laser sӱ dөng sӧi quang pha tҥp vӟi các nguyên tӕ ÿҩthiӃPQKѭ(UELXP\WWHULLXPQHRG\PLXPG\VSURVium, thulium và holmi cho công suҩWFDRKѫQFyWKӇ ӭng dөQJÿѭӧc trong công nghiӋp VӅ bҧn chҩt, fiber laser là mӝt loҥi laser chҩt rҳn

3.3.1 Cҩu tҥo và nguyên lý hoҥWÿӝng cӫa fiber laser

Nguӗn fiber laser có cҩu tҥo chính gӗm nguӗQEѫPOjODVHUEiQGүn, các loҥi sӧi quang và cách tӱ phҧn xҥ Fiber Bragg Grating SӧLTXDQJÿѭӧc pha thêm mӝt phҫn nhӓ nguyên tӕ ÿҩt hiӃm cùng vӟi cách tӱ phҧn xҥ Bragg tҥo thành buӗngcӝQJKѭӣng Do vұy, fiber laser chính là mӝt loҥi laser chҩt rҳn

%ѭӟc sóng tҥo ra bӣi fiber laser WKD\ÿәi tùy theo nguyên tӕ ÿҩt hiӃPÿѭӧcpha tҥp vào sӧi quang Các nguyên tӕ pha tҥp khác nhau tҥRUDFiFEѭӟc sóng khác nhau bӣi vì các hҥt nguyên tӕ ÿҩt hiӃm cө thӇ giҧi phóng các photon cө thӇ [16].1KѭYұ\FiFSKRWRQÿѭӧc tҥRUDWURQJNKRDQJODVHUÿӅXFyFQJEѭӟFVyQJĈLӅu

này rҩt quan trӑQJYuFiFEѭӟFVyQJNKiFQKDXÿѭӧc sӱ dөng cho các ӭng dөng khác nhau Nguyên tӕ pha tҥp có thӇ là erbium, ytterbium, neodymium, thulium, v.v Ví dө, laser sӧi quang pha tҥp Ytterbium tҥRUDEѭӟFVyQJQPYjÿѭӧc

sӱ dөng cho các ӭng dөQJQKѭNKҳc laser, hàn laser, làm sҥch bҵng laser ÿӕi vӟivұt liӋu sҳt thép và kim loҥi màu [4]

Quá trình tҥo ra tia fiber laser trong nguӗn gӗm 3 JLDLÿRҥn chính là: Giai ÿRҥQEѫP (pump section)JLDLÿRҥn cӝQJKѭӣng khuӃFKÿҥi công suҩt và phát xҥlaser (lasing section), JLDLÿRҥn truyӅn dүn và phân phӕi tia laser (beam delivery section) [16]

Hình 3.1 C̭u hình ho̩Wÿ͡QJF˯E̫n cͯa fiber laser [16]

Chú thích ̫nh: Pump laser diode (LD): Ngu͛QE˯POjODVHUEiQG̳n; Pump light (Ȝ=0.9μP E˱ͣFVyQJiQKViQJE˯POjμm; Pump combiner: b͡ k͇t hͫp ngu͛n E˯P; Active fiber (Yb-doped core fiber): sͫi quang ho̩W ÿ͡ng pha t̩p Yb (Ytterbium) trong lõi sͫi; FBG (Fiber Bragg Grating): cách t͵ ph̫n x̩ Bragg d̩ng sͫi quang; Fusion-6SOLFHGSRLQWÿL͋m hàn n͙i sͫi quang; Delivery fiber: sͫi quang phân ph͙i chùm tia laser; Laser beam (Ȝ=1.1μP ODVHUÿ̯XUDFyE˱ͣc sóng là 1.1μm.

1 *LDLÿRҥn EѫP

NguӗQEѫPFKRILEHUODVHUOjODVHUEiQGүn Tia laser bán dүQVDXNKLÿѭӧc phát

xҥ sӁ ÿLTXDVӧi quang vào bӝ kӃt hӧp nguӗn EѫPÿӇ kӃt hӧp nhiӅu tia laser bán dүn tӯ nhӳng nguӗQEѫPNKiFQKDXYjRVӧi quang (nӃu dùng nhiӅu nguӗQEѫP

ÿӇ ÿҥt công suҩWEѫPOӟn), hoһFÿLWKҷng vào quá trình tiӃp theo Ӣ JLDLÿRҥn này, laser bán dүn chӍ ÿѭӧc truyӅn trong loҥi fiber truyӅn dүn mӝt lӟp phӫ cladding

Loҥi fiber này có 3 lӟp chính là lӟp lõi (core), lӟp phӫ (cladding) và lӟp màng bҧo

vӋ (coating) Lӟp lõi là thӫy tinh silica còn lӟp phӫ có khҧ QăQJSKҧn xҥ toàn phҫn,

ÿӇ ÿѭDiQKViQJÿLUDtӟi các lӟSÿySKҧn xҥ toàn phҫn trӣ lҥi Phҧn xҥ toàn phҫnbên trong lӟp phӫ xҧy ra do lӟp phӫ có chiӃt suҩt thҩSKѫQO}L

Hình 3.2 C̭u t̩o cͯa sͫi quang m͡t lͣp phͯ và sͫi quang hai lͣp phͯ [17]

2 *LDLÿRҥn cӝQJKѭӣng khuӃFKÿҥi công suҩt và phát xҥ laser:

6DXNKLÿLTXDEӝ kӃt hӧp chùm tia tӯ nhӳng nguӗQEѫPOjODVHUEiQGүn, tia laser bán dүn truyӅn tӟi phҫn sӧi quang tiӃp theo gӑi là sӧi quang hoҥWÿӝng (active fiber) Sӧi quang này có cҩu tҥo gҫn giӕng sӧi quang truyӅn dүQWK{QJWKѭӡng QKѭQJFyNKiFELӋt là phҫQO}Lÿѭӧc pha tҥp thêm nguyên tӕ ÿҩt hiӃm (trong ví dөKuQKGѭӟi là Yb-doped) và có 2 lӟp phӫ cladding, lӟp phӫ QJRjLÿӇ phҧn xҥ laser diode tӯ nguӗQEѫPYӅ lҥi lõi còn lӟp phӫ WURQJÿӇ phҧn xҥ laser mӟLÿѭӧc sinh ra

vӅ lҥi lõi

Hình 3.3 C̭u t̩o cͯa sͫi quang ho̩Wÿ͡ng hai lͣp phͯ và cách truy͉n d̳n [16]

Chú thích ̫nh: Cross section: m̿t c̷t ngang; Yb-doped core: lõi sͫi quang pha t̩p Yb (Ytterbium); First cladding: lͣp phͯ thͱ nh̭t, Second cladding: lͣp phͯ thͱ 2; Refractive index: h͏ s͙ khúc x̩; Light intensity profile: biên d̩QJF˱ͥQJÿ͡ sáng; Beam propagation in DCF: ánh sáng lan truy͉n trong sͫi quang 2 lͣp phͯ.

ĈӇ tҥo thành mӝt buӗng cӝQJKѭӣQJQJѭӡLWDÿһt 2 cách tӱ phҧn xҥ Bragg

ӣ ÿҫu sӧi fiber hoҥWÿӝng Cách tӱ phҧn xҥ Bragg hoҥWÿӝQJQKѭJѭѫQJSKҧn xҥ,

có 2 mӭc là phҧn xҥ cao và phҧn xҥ thҩSÿһt ӣ ÿҫu sӧi quang hoҥWÿӝng Cách tӱBragg phҧn xҥ FDRÿѭӧFÿһt ӣ phía nguӗQEѫPODVHUEiQGүQÿӇ ÿѭDiQKViQJWUӣlҥi buӗng cӝQJKѭӣng, tránh photon quay trӣ lҥi nguӗn gây suy hao và hӓng nguӗnEѫP&iFKWӱ Bragg phҧn xҥ thҩSÿѭӧFÿһt ӣ SKtDÿҫu ra cӫa tia laser và chӍ phҧn

xҥ toàn phҫn laser bán dүn ӣ nguӗQEѫPYjSKҫn laser sinh ra tӯ nguyên tӕ ÿҩthiӃm quay trӣ lҥi buӗng cӝQJKѭӣng; 1 phҫn laser sinh ra tӯ nguyên tӕ ÿҩt hiӃmÿѭӧc thoát ra tӟi phҫn sӧi quang truyӅn dүQSKtDVDXÿӇ phân phӕi Trong buӗngcӝng hѭӣng, các hҥWHOHFWURQYjSKRWRQWѭѫQJWiFYӟi nhau theo 3 cách là hҩp thөbӭc xҥ, phát xҥ tӵ phát và phát xҥ kích thích

- Hҩp thө bӭc xҥ (Absorption): Các electron quay quanh rҩt gҫn hҥt nhân

ӣ mӭFQăQJOѭӧng thҩSKѫQKRһc trҥQJWKiLQăQJOѭӧng thҩSKѫQWUong khi các electron quay quanh xa hҥWQKkQKѫQӣ mӭFQăQJOѭӧQJFDRKѫQ&iFelectron ӣ mӭFQăQJOѭӧng thҩSKѫQ (E1) cҫn mӝt sӕ QăQJOѭӧng bә sung

ÿӇ nhҧy vào mӭFQăQJOѭӧQJFDRKѫQ (E2)1ăQJOѭӧng bә VXQJQj\ÿѭӧccung cҩp tӯ nhiӅu nguӗQQăQJOѭӧng kháFQKDXQKѭQKLӋWÿLӋQWUѭӡng hoһcánh sáng Sӵ hҩp thө bӭc xҥ hoһc ánh sáng chӍ xҧy ra nӃXQăQJOѭӧng cӫaphoton tӟi hoàn toàn khӟp vӟi chênh lӋFKQăQJOѭӧng cӫa hai mӭFQăQJOѭӧng (E2– E1)

Hình 3.4 Quá trình h̭p thͭ bͱc x̩ và phát x̩ t͹ phát [18]

Chú thích ̫nh: Photon emission from a change in energy state: phát x̩ photon do WKD\ÿ͝i tr̩QJWKiLQăQJO˱ͫng; Energy source ~ Laser diode pumps: ngu͛QQăQJ O˱ͫQJÿ˱ͫFE˯PWͳ ngu͛n laser bán d̳n; Absorbtion: h̭p thͭ; Ground state E 1 : tr̩QJ WKiL F˯ E̫n; Excitation state E 2 : tr̩ng thái kích thích; Spontaneous emission: phát x̩ t͹ phát.

- Phát xҥ tӵ phát (Spontaneous Emission): Là quá trình các electron ӣ

trҥng thái kích thích (E2) trӣ vӅ trҥQJWKiLFѫEҧn (E1) bҵng cách phát ra các photon Các electron ӣ trҥng thái kích thích chӍ có thӇ tӗn tҥi trong mӝt thӡigian ngҳn Tuәi thӑ cӫa các electron ӣ trҥng thái kích thích là khoҧng 10-8

giâyVDXÿy chúng trӣ vӅ trҥQJWKiLQăQJOѭӧng thҩSKѫQKRһc trҥQJWKiLFѫbҧn bҵng cách giҧLSKyQJQăQJOѭӧQJGѭӟi dҥng photon Các photon phát

ra trong quá trình phát xҥ tӵ phát tҥo thành ánh sáng không liên tөc thông WKѭӡng, là mӝt chùm photon có sӵ WKD\ÿәLSKDWKѭӡng xuyên và ngүu nhiên giӳa chúng Nói cách khác, các photon phát ra trong quá trình phát xҥ tӵphát không chҧy chính xác theo FQJKѭӟng cӫa các photon khác

- Phát xҥ kích thích (Stimulated Emission): Phát xҥ kích thích là quá trình

mà photon tӟLWѭѫQJWiFYӟi electron bӏ kích thích và buӝc nó trӣ vӅ trҥng WKiLFѫEҧn Trong phát xҥ NtFKWKtFKQăQJOѭӧQJiQKViQJÿѭӧc cung cҩptrӵc tiӃp cho electron bӏ kích thích thay vì cung cҩSQăQJOѭӧng ánh sáng cho các electron trҥQJWKiLFѫEҧn Khi photon tӟLWѭѫQJWiFYӟi electron bӏkích thích, nó buӝc electron bӏ kích thích (E2) trӣ vӅ trҥQJWKiLFѫEҧn (E1).Electron phҩn khích này giҧL SKyQJ QăQJ OѭӧQJ Gѭӟi dҥng ánh sáng(photon) WURQJNKLUѫL[Xӕng trҥng thái mһWÿҩt Trong phát xҥ kích thích, KDLSKRWRQÿѭӧc phát ra, mӝt là photon tӟi và mӝt là do sӵ giҧLSKyQJQăQJOѭӧng cӫa electron bӏ kích thích Tҩt cҧ các photon phát ra trong phát xҥNtFKWKtFKFyFQJQăQJOѭӧng, cùng tҫn sӕ YjFQJSKD'RÿyWҩt cҧ các photon trong phát xҥ kích thích truyӅn theo cùng mӝWKѭӟng Không giӕng QKѭSKiW[ҥ tӵ phát, phát xҥ kích thích không phҧi là mӝt quá trình tӵ nhiên

mà nó là mӝt quá trình nhân tҥo và xҧy ra rҩt nhanh so vӟi quá trình phát

xҥ tӵ phát

Hình 3.5 Quá trình phát x̩ kích thích [18]

Tia laser bán dүn WѭѫQJWiFYӟi các nguyên tӱ nguyên tӕ ÿҩt hiӃm, kích thíchcác electron cӫa nó lên mӭFQăQJOѭӧQJFDRKѫQ6DXPӝt thӡi gian rҩt ngҳn, cácelectron trong nguyên tӱ cӫa nguyên tӕ ÿҩt hiӃm bӏ kích thích tӵ UѫLQJүu nhiên vӅmӭFQăQJOѭӧng thҩSKѫQYjJLҧi phóng photon Các hҥt photon này sӁ toҧ ra nhiӅuKѭӟng khác nhau tӯ mӝt nguyên tӱ, va phҧi các nguyên tӱ khác, kích thích eletron

ӣ các nguyên tӱ khác UѫL[Xӕng tiӃp, sinh thêm các photon cùng tҫn sӕ, cùng pha YjFQJKѭӟng bay, tҥo nên mӝt phҧn ӭng dây chuyӅn khuӃFKÿҥi dòng ánh sáng.Các hҥt photon bӏ phҧn xҥ qua lҥi nhiӅu lҫn trong vұt liӋu, nhӡ các các tӱ Braggphҧn xҥ cao ӣ mӝWÿҫu sӧi quang hoҥWÿӝng có chӭFQăQJQKѭJѭѫQJ phҧn xҥ ÿӇWăQJKLӋu suҩt khuӃFKÿҥi ánh sáng, mӝt sӕ photon thoát ra ngoài nhӡ có cách tӱBragg phҧn xҥ thҩp tҥi mӝWÿҫu còn lҥi cӫa sӧi quang hoҥWÿӝng 1KѭYұy, tia laser mӟi tӯ sӧi quang hoҥWÿӝQJÿmÿѭӧc tҥo ra FyFѭӡQJÿӝ mҥQKKѫQEѭӟc sóng dài KѫQQJXӗQEѫPODVHUEiQGүn và tia laser mӟi này chӍ có thӇ truyӅn trong lӟp lõi cӫa sӧi quang, bӏ phҧn xҥ ngay tҥi lӟp phӫ trong, mô tҧ trong Hình 3.3

Hình 3.6 Khu͇FKÿ̩i laser x̫y ra trong bu͛ng c͡QJK˱ͧng [18]

7URQJÿyWDFyPӕi quan hӋ giӳDQăQJOѭӧng và tҫn sӕ cӫa photon:

z Cҩu tҥo cӫa cách tӱ Bragg:

Cách tӱ phҧn xҥ Bragg là mӝt phҫn sӧi quang có các sӑFWURQJÿyFKLӃt suҩtÿmEӏ WKD\ÿәi Yjÿѭӧc sҳp xӃp theo quy luұWFiFKÿӅu nhau mӝt khoҧng là Ȧ MӛiNKLiQKViQJÿLTXDUDQKJLӟi giӳa chiӃt suҩt này và chiӃt suҩt khác sӁ bӏ khúc xҥmӝt phҫn và phҧn xҥ trӣ lҥi mӝt phҫn NӃu bҥQFyÿӫ sӑc ÿѭӧc sҳp xӃp hӧp lý,cách tӱ phҧn xҥ Bragg hoҥWÿӝng giӕQJQKѭPӝt tҩPJѭѫQJUҩt hiӋu quҧ vӟi thiӃt

kӃ FKREѭӟc sóng nhҩWÿӏnh

Hình 3.7 C̭u trúc cͯa cách t͵ ph̫n x̩ Bragg và ph̫n ͱng cͯa quang ph͝ d͹a

trên c̭u trúc tri͇t sṷt [19]

Cách hoҥWÿӝng cӫa cách tӱ phҧn xҥ Bragg là nguyên lý phҧn xҥ Fresnel, QѫLiQKViQJWUuyӅn giӳDFiFP{LWUѭӡng có chiӃt suҩt khác nhau có thӇ vӯa phҧn

xҥ vӯa khúc xҥ tҥi mһt phân cách ChӍ sӕ khúc xҥ WKѭӡng sӁ tuҫn hoàn trong mӝt

ÿӝ GjL[iFÿӏQK%ѭӟc sóng phҧn xҥ ȜBÿѭӧc gӑLOjEѭӟFVyQJ%UDJJÿѭӧF[iFÿӏnh bӣi:

ߣ஻= 2݊௘Ȧ PT 3 [19]

7URQJÿyQelà chiӃt suҩt hiӋu dөng cӫa cách tӱ phҧn xҥ %UDJJ ÿѭӧF[iFÿӏnh là vұn tӕc truyӅn cӫa ánh sáng trong cách tӱ ÿyVRYӟi vұn tӕc truyӅn cӫa ánh sáng trong chân không Ȧ là khoҧng cách giӳa 2 cách tӱ

3 *LDLÿRҥn truyӅn dүn và phân phӕi tia laser:

*LDLÿRҥn này truyӅn laser mӟi thoát ra tӯ cách tӯ Bragg phҧn xҥ thҩp trong JLDLÿRҥQWUѭӟc ÿӃQÿҫu phát hoһc bӝ JKpSFKPWLD7K{QJWKѭӡQJÿӇ WăQJF{QJsuҩt cho nguӗQILEHUODVHUQJѭӡi ta ghép nhiӅu chìm tia tӯ các nguӗn khác nhau, hӧp lҥi thành mӝWÿҫu ra mӟi có công suҩt lӟQKѫQ

Hình 3.8 K͇t hͫp laser tͳ nhi͉u ngu͛QNKiFQKDXÿ͋ WăQJF{QJVX̭Wÿ̯u ra [16] Chú thích ̫nh: Output beam combiner: B͡ k͇t hͫSFKPÿ̯u ra; Delivery fiber: Sͫi quang phân ph͙i chùm tia laser.

3.3.2 Cҩu tҥRYjFѫ chӃ phát xung cӫa fiber laser dҥng xung

Cҩu hình hoҥWÿӝng mô tҧ trong Hình 3.1Error! Reference source not found WKѭӡng dùng cho laser liên tөc (Continuous Wave Laser – CW Laser) hoһc

laser gҫQQKѭOLrQWөc (Quasi Continuous Wave Laser – QCW Laser) khi có thӇtҥo xung tӟi vài chөc kHz bҵQJFiFKÿLӅu biӃn tҫn sӕ cӫa nguӗQEѫP Ӭng dөng cӫa CW laser và QCW laser chӫ yӃu là nhӳng ӭng dөQJWiFÿӝQJYƭP{QKѭKjQcҳt và làm sҥch cөc bӝ [16] Còn vӟi nhӳng ӭng dөQJWiFÿӝQJYLP{KѫQQKѭNKҳc

và làm sҥch chuyên sâu mà không làm ҧQKKѭӣng tӟi lӟp vұt liӋu nӅn thì cҫn sӱdөng ODVHU[XQJ3XOVH/DVHU ÿһFWUѭQJEӣLQăQJOѭӧng cӫD[XQJÿѫQKD\F{QJsuҩWÿӍnh xung lӟQKѫQUҩt nhiӅu so vӟi công suҩt trung bình [4].

ĈӇ khҳc phөc hҥn chӃ cӫa cҩu hình hoҥWÿӝng mô tҧ trong Hình 3.1, laser [XQJWKѭӡng sӱ dөng cҩu hình Bӝ JLDRÿӝng chính – Bӝ khuӃFKÿҥi công suҩtMOPA (Master Oscillator – Power Amplifier) [16]

Hình 3.9 C̭u hình B͡ JLDRÿ͡ng chính – B͡ khu͇FKÿ̩i MOPA [16]

Trong cҩu hình MOPA, MO WKѭӡng sӱ dөng laser bán dүQÿmÿѭӧFÿLӅu chӃ

ӣ tӕFÿӝ FDRQJKƭDOjFyWҫn sӕ lӟn hoһc có thӇ sӱ dөng laser sӧLTXDQJQKѭWURQJcҩu hình 1 vӟi mӭc công suҩWWѭѫQJÿӕi thҩp và có bӝ chuyӇn mҥch quang dӵa trên hiӋu ӭng âm-quang (acousto-optics) hoһc hiӋu ӭng quang hӑc phi tuyӃQÿӇ ÿLӅuchӃ [XQJYjÿѭӧc tích hӧp trong bӝ cӝQJKѭӣng [16] Tia ra tӯ MO gӑi là tia hҥtgiӕng (seed light) Cҩu hình PA trong Hình 3.10 gҫQWѭѫQJWӵ vӟi cҩu hình hoҥtÿӝng trong Hình 3.1QKѭQJQyVӁ không có cách tӱ phҧn xҥ %UDJJYu02ÿmWKD\thӃ nhiӋm vө ÿy1JRjLtia hҥt giӕng tӯ MO vào, 3$FzQÿѭӧc các laser bán dүnNKiFEѫPJӑi là tia tín hiӋu (signal light) Bӝ kӃt hӧp nguӗQEѫPVӁ gom cҧ tia hҥtgiӕng lүn tia tín hiӋu, khuӃFKÿҥi ӣ trong sӧi quang hoҥWÿӝng YjSKiW[XQJÿLUDngoài tia phân phӕi theo tҫn sӕ cӫa tia hҥt giӕng Trong bӝ PA không thӇ thiӃucách ly quang hӑc (Optical isolator) bӣLQyQJăQFKһn tia phҧn xҥ khi làm viӋcquay trӣ lҥi nguӗn bӣi có thӇ làm hӓng nguӗQEѫPKRһc MO [16]

Hình 3.10 C̭u hình b͡ khu͇FKÿ̩i công sṷt PA [16]

ChӃ ÿӝ SKiW[XQJWKѭӡQJÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ tҥRUDQăQJOѭӧng tӭc thӡi lӟn, WiFÿӝng hiӋu ӭng tӭc thӡi mҥnh tӟi bӅ mһt nguyên liӋu cҫn gia công Thông WKѭӡng laser xung Yb có ÿӝ rӝng xung tӯ 4 ns – 200 ns, chu kì phát xung tӯ 20 kHz – 1 MHz Mӕi quan hӋ giӳa công suҩWÿӍnh xung (tӭc thӡi) và công suҩt trung bình ÿѭӧc biӇu diӉn bҵng nhӳng SKѭѫQJWUuQKVDX [20]:

Hình 3.11 D̩QJQăQJO˱ͫQJÿ̯u ra cͯa tia laser

a, Laser liên tͭc; b, Laser xung [16]

Ĉӕi vӟi mӛi tia laser có thӇ [iFÿӏnh hai công suҩWÿҫu ra khác nhau là công suҩWÿӍnh và công suҩt trung bình Khi laser liên tөc và laser xung có cùng công suҩt trung bình (chúng cung cҩSQăQJOѭӧQJQKѭQKDXWURQJPӝWÿѫQYӏ thӡi gian), thì laser xung có công suҩt ÿӍnh (công suҩt tӭc thӡi) FDRKѫQ1yFyQJKƭDOjF{QJ

cө ÿRF{QJVXҩt không phҧi trong mӝWÿѫQYӏ thӡi gian (t), mà chӍ trong khoҧng thӡi gian ngҳn (ǻt) phát [XQJ'Rÿy[XQJFjQJQJҳn thì công suҩWÿӍnh càng cao

nên viӋc phát triӇn các xung laser siêu ngҳn ÿDng là xu thӃ nâng cao hiӋXQăQJFӫacông nghӋ laser xung [4].

Công suҩt ÿӍnh có thӇ ÿҥt mӝt giá trӏ lӟn trong tӭc thӡi YjWăQJKLӋu suҩt làm viӋc mà hҫu hӃt các ӭng dөng chӍ yêu cҫu công suҩt trung bình ÿӇ JLDF{QJQKѭcҳt laser, hàn, làm sҥch, … Vì vұy, bҵng cách WKD\ÿәi xung có thӇ Yѭӧt qua tӭcthӡi công suҩt tӕi thiӇXÿӇ gia công, và vүQÿҥWÿѭӧc kӃt quҧ mong muӕn trong khi công suҩt tiêu thө trung bình nhӓ KѫQ Hay nói cách khác, chӍ vӟi công suҩt trung bình nhӓ KѫQnhiӅXQKѭQJODVHU[XQJFyWKӇ ÿҥWÿѭӧc hiӋu suҩt làm viӋFFDRKѫQ

so vӟi laser liên tөc có công suҩt trung bình lӟQKѫQ

Hҫu hӃt các bӝ cӝQJKѭӣQJODVHUÿӅu có suy hao công suҩt, do vұ\ÿӇ có thӇÿҧm bҧo công suҩWÿҫu ra thì công suҩWODVHUÿҫu vào phҧi lӟQKѫQQKLӅXÿӇ khҳcphөc suy hao ĈyOjQJX\rQQKkQWҥi sao rҩWNKyÿӇ sҧn xuҩt ra nhӳng nguӗn laser

có công suҩt cao, do vұ\ODVHU[XQJÿmJLҧi quyӃWÿѭӧc vҩQÿӅ ÿyEҵQJFiFKÿLӅubiӃn xung thì vӟi laser công suҩt trung bình nhӓ FNJQJFyWKӇ ÿҥWÿѭӧc hiӋu suҩtlàm viӋc lӟn

Vӟi công nghӋ Laser chuyӇn mҥch (Q-switch laser technology) hay công nghӋ laser chӃ ÿӝ khóa (Mode-locking laser technology) thì laser sӁ có thӇ phát ra xung có công suҩt cao trong mӝt thӡi gian rҩt ngҳn Tӯ ÿyODVHUxung có thӇ ÿҥtÿѭӧc công suҩWÿӍnh lӟn

3.4 Nguyên lý WѭѫQJWiFFӫa laser và vұt liӋu

Mӝt trong nhӳQJѭXÿLӇm cӫa laser trong xӱ lý bӅ mһt là có thӇ kiӇm soát

vӏ WUtQăQJOѭӧng tích tө và thӡLJLDQQăQJOѭӧng tích tө Ta có thӇ thӵc hiӋn viӋcnày bҵQJFiFWKD\ÿәi các thông sӕ cӫDODVHUÿӇ ÿҥWÿѭӧc hiӋu quҧ mong muӕn Trong phҫn này sӁ thҧo luұn vӅ các nguyên tҳFODVHUÿѭӧc vұt liӋu hҩp thө, khҧQăQJWUX\Ӆn dòng laser và dòng nhiӋt

3.4.1 Sӵ lan truyӅQQăQJOѭӧng ánh sáng trong vұt liӋu

Ta có thӇ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFQăQJOѭӧng lҳng ÿӑQJÿӃn các vùng mong muӕn trên

bӅ mһt vұt liӋu bҵng cách kiӇm soát cҩXKuQKFѭӡQJÿӝ không gian cӫa tia laserthông qua các thiӃt bӏ quang hӑFYjÿLӅu biӃn [21]

Khi ánh sáng chiӃu vào bӅ mһt vұt liӋu, mӝt phҫn sӁ bӏ phҧn xҥ khӓi mһt phân cách do chӍ sӕ khúc xҥ thӵc không liên tөc và phҫn còn lҥi sӁ truyӅn vào vұt liӋu Phҫn công suҩt tӟi phҧn xҥ tӯ bӅ mһt R phө thuӝFYjRÿӝ phân cӵc và góc tӟLși

cӫDiQKViQJFNJQJQKѭFKLӃt suҩt cӫa khí quyӇn nivà vұt liӋu nt HӋ sӕ phҧn xҥ chocác thành phҫn phân cӵc s và phân cӵc p cӫa ánh sáng có thӇ ÿѭӧc tính toán tӯ các SKѭѫQJWUuQK)UHVQHO [21]:

Khi ӣ bên trong vұt liӋu, sӵ hҩp thө OjPFKRFѭӡQJÿӝ ánh sáng phân rã theo

ÿӝ sâu vӟi tӕFÿӝ ÿѭӧF[iFÿӏnh bӣi hӋ sӕ hҩp thө ߙ cӫa vұt liӋu Nói chung, ߙ là mӝt hàm cӫDEѭӟc sóng và nhiӋWÿӝQKѭQJYӟi ߙ NK{QJÿәi thì WKHRÿӏnh luұt Beer – Lambert ta có [21]:

ܫ௭ = ܫ଴݁ିఈ௭ PT 10

7URQJÿyܫ଴ OjFѭӡQJÿӝ anh sáng ngay bên trong bӅ mһt sau khi xem xét sӵsuy giҧm phҧn xҥ]Ojÿӝ sâu song song vӟLSKѭѫQJFӫa chùm tia Ĉӝ lӟn cӫaJUDGLHQWFѭӡQJÿӝ sinh ra tӕFÿӝ tích tө QăQJOѭӧng ߙܫ଴݁ିఈ௭

Thuұn tiӋQÿӇ [iFÿӏQKÿӝ xuyên thҩu hay ÿӝ sâu hҩp thө ߜ =ଵ

ఈ Ojÿӝ sâu mà tҥLÿyFѭӡQJÿӝ cӫa ánh sáng truyӅn qua giҧm xuӕng ଵ

௘ giá trӏ EDQÿҫu cӫa nó tҥi mһt phân cách

Ĉ͛ th͓ 3 Ĉ͡ sâu h̭p thͭ TXDQJÿ͙i vͣi m͡t s͙ v̵t li͏u trên d̫LE˱ͣc sóng [21]

Ĉӝ sâu hҩp thө quang là hàm cӫa bѭӟFVyQJÿӕi vӟi nhiӅu kim loҥi và chҩtbán dүQĈLӅu quan trӑng cҫn phҧi làm ÿӝ sâu hҩp thө tѭѫQJÿӕi ngҳn so vӟi kích WKѭӟc cӫa khӕi vұt liӋu, dRÿyYLӋc chӑQEѭӟc sóng vӟLÿӝ sâu hҩp thө ngҳn có thӇFKRSKpSWKD\ÿәi cөc bӝ FiFÿһc tính bӅ mһWPjNK{QJOjPWKD\ÿәi khӕLOѭӧnglӟn cӫa vұt liӋu [21]

&iFSKѭѫQJSKiS[ӱ lý trên chӍ coi là hiӋQWѭӧng quang tuyӃn tính QKѭQJÿLӅu này không nhҩt thiӃWÿ~QJYӟi mӑi vұt liӋXFNJQJQKѭPӑLÿLӅu kiӋn laser tӟi Khi làm viӋc vӟi các laser liên tөc hoһc laser nanosecond (ns)QJѭӡLWDWKѭӡng cho rҵng phҫn lӟn sӵ hҩp thө OjGRFiFWѭѫQJWiFSKRWRQÿѫQOҿ; tX\QKLrQÿӕi vӟilaser picosecond (ps) và laser IHPWRVHFRQGIV ...

3.2 ѬXÿLӇm c? ?a fiber laser xung< /b>

ѬXÿLӇPÿҫu tiên c? ?a laser sӧi quang có thӇ tҥo laser công. ..