Название: Технологии отрасли(Э.З. Мартынов )

Жанр: Технические

Просмотров: 1424


4.4. лазерная обработка

 

Оптический квантовый генератор (ОКГ) – это источник когерентного и монохроматического излучения оптического диапазона, в котором используется явление усиления электромагнитных колебаний при помощи индуцированного излучения. Излучение лазеров является наиболее интенсивной формой лучевой энергии, известной человеку.

 

Рис. 4.6. Схема устройства твердотельного лазера

 

Принципиальное устройство лазера (рис. 4.6). Главным элементом лазера является активное вещество, способное поглощать внешнюю энергию и сохранять её какое-то время, находясь в возбуждённом состоянии (например, рубин). В качестве источника внешней световой энергии применяется ксеноновая лампа 1 с температурой излучения 3700 °C. Лампа помещается в фокусе эллиптического зеркала 4. В другом фокусе этого зеркала находится излучающий рубиновый стержень 2:

Торцы стержня 2 отполированы с большой точностью, один из них покрыт непрозрачным слоем серебра, другой – полупрозрачным. Луч лазера с помощью оптической системы 3 фокусируется в зоне обработки. Такой лазер работает в импульсном режиме: длительность импульса 0,2…50 мкс, частота излучения 0,1…5 имп/с. Хотя энергия одного импульса мала (10…100 Дж), но сконцентрированная на маленькой площади (Ø 0,01…

0,001 мм) и выделившаяся в течение миллионной доли секунды, она нагревает поверхность до нескольких тысяч градусов (6000…8000 °C).

Прошивание отверстий лазером возможно в любых материалах. Основная масса материала удаляется в расплавленном состоянии. Обрабатываются отверстия Ø 0,003…1 мм при толщине материала до 1…3 мм. Однако точность прошивки невелика (от 2 до 10 \% размера). Наиболее эффективно применение лазеров при прошивке отверстий в алмазных фильерах, в рубиновых часовых камнях; под углом к поверхности. Скорость обработки достигает 60…240 отв/мин.

Лазерная резка. Осуществляется как в импульсном, так и в непрерывном режиме (газовые СО2-лазеры) и применяется для резки тонколистовых материалов, плёнок на диэлектрических подложках, пластиков, резины и т.п. Можно резать титан и титановые сплавы толщиной до 1,5 мм; жаропрочные легированные стали до 2 мм; углеродистые стали до 4 мм (а в присутствии кислорода и толще). В сочетании с автоматическими системами управления (ЧПУ) обеспечивается сложная фасонная обработка.

Лазерная сварка может быть точечной и шовной. Наиболее часто используют импульсные лазеры. Толщина свариваемых соединений 0,01…1 мм, наиболее эффективно применение лазерной сварки конструкций в труднодоступных местах, при соединении легкодеформируемых деталей, в условиях интенсивного теплоотвода, например, при сварке металлов с высокой теплопроводностью.

Лазерная термообработка применяется для упрочнения тонких нежёстких деталей путем местного («пятнистого») нагрева излучением. Тонкая дозировка энергии позволяет избежать термических деформаций. Применяют, например, в автомобильной промышленности для упрочнения головок цилиндров двигателей, направляющих клапанов, шестерен и т. п.