Como gravar um número de série em um tubo tão fino sem danificar a fibra óptica?
Gravar números na superfície de micro tubos metálicos (como tubos de aço inoxidável ou de liga com diâmetro externo de 0,5\ \text{mm} a 3,0\ \text{mm}) sem danificar a fibra óptica de nível micrométrico dentro do tubo, pertence à engenharia de processamento a laser de precisão. Seu mecanismo central reside no controle da profundidade de interação entre o laser e a matéria, bem como da zona afetada pelo calor (HAZ).
Seus princípios físicos e de engenharia de implementação incluem principalmente os seguintes pontos técnicos-chave:
1. Controle da Energia do Laser e Profundidade de Ação (Recozimento Térmico e Ablação Superficial Rasa)
Ao marcar em tubos metálicos, não é necessário fundir ou cortar profundamente o metal.
- A espessura da parede do tubo metálico é geralmente de cerca de 0,1\ \text{mm} a 0,3\ \text{mm} (ou seja, 100\ \mu\text{m} a 300\ \mu\text{m}).
- A marcação a laser (como o uso de um laser de fibra MOPA) utiliza principalmente o efeito de recocimento a laser ou ablação superficial de nível micrométrico. Através do ajuste preciso da energia do pulso único e da taxa de sobreposição do ponto de luz, apenas a camada mais externa da superfície do aço inoxidável (geralmente inferior a 10\ \mu\text{m}) sofre oxidação e descoloração (formando um efeito de marca preta) ou remoção da camada superficial em escala micrométrica. A profundidade da gravação é muito menor que a espessura total da parede do tubo, não causando danos à integridade da parede.
2. Controle de Pulso Curto para a Zona Afetada pelo Calor (HAZ)
Para evitar que o calor seja conduzido para o interior e danifique o revestimento da fibra óptica (como revestimentos de acrilato ou poliimida):
- Utilize lasers de pulso curto na faixa de nanossegundos (\text{ns}) ou lasers ultrarrápidos na faixa de picossegundos (\text{ps}). Pulsos curtos possuem potência de pico extremamente alta, capazes de atuar sobre a superfície metálica em um tempo muito curto. O calor não tem tempo de se infiltrar na parede interna através da condução térmica antes que o processo de marcação seja concluído.
- Existe um pequeno espaço de ar ou meio de proteção entre a cavidade interna do tubo metálico e a fibra óptica, e a impedância térmica do ar impede ainda mais que o calor residual residual se conduza para o núcleo da fibra.
3. Foco Óptico e Controle de Foco em Superfície Curva
A superfície do tubo miniatura tem um grande raio de curvatura. Utilizando um galvanômetro com curta profundidade de foco e um sistema de posicionamento de foco de alta precisão, o foco do laser é precisamente alinhado com a seção transversal circular externa do tubo, garantindo que a energia do laser seja altamente concentrada na superfície externa do tubo metálico, e o feixe de luz divergente não penetre na cavidade interna.
Embalagem e Processos Relacionados de Produtos OFSCN®
Na fabricação de sensores em tubo miniatura e cabos de fibra óptica metálicos, a Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) utiliza amplamente a tecnologia de encapsulamento de tubos de aço sem costura miniatura e de liga. O tubo de proteção metálico não só fornece alta resistência à tração e compressão para a fibra óptica frágil, mas também serve como uma barreira física segura para a marcação a laser superficial.
Produtos típicos incluem:
- OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
Encapsula o grating de fibra de Bragg em um tubo de liga elástica miniatura. O diâmetro externo padrão do produto é \le 1,1\ \text{mm}. O tubo protege a fibra óptica interna e a zona de grating, ao mesmo tempo que permite a gravação de números de pontos de medição e identificadores na superfície do tubo através de marcação a laser controlada.
- OFSCN® 300°C Seamless Steel Tube Fiber Cable
Utiliza tubos de aço inoxidável sem costura 316L (diâmetro externo padrão de 2,0\ \text{mm} / espessura de parede de 0,2\ \text{mm} ou diâmetro externo de 3,0\ \text{mm} / espessura de parede de 0,3\ \text{mm}) para encapsulamento protetor. A espessura da parede do tubo fornece uma margem de segurança física suficiente para a marcação a laser superficial, garantindo que a fibra óptica interna de alta temperatura não sofra nenhum dano óptico ou térmico durante todo o processo de gravação.
