Справочная книга по светотехнике - Айзенберг Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
зеров с мощностью излучения до 10 кВт и выше лазерная сварка стала также применяться в авиа- и автостроении, электротехнике и других машиностроительных отраслях.
Термоупрочнение лазерным излучением основано на создании высоких градиентов температуры и соответственно высоких скоростей нагрева н охлаждения на поверхности изделия.
Выгодной особенностью лазерной обработки является возможность
термоупрочнения полностью законченной детали по заданному контуру.
После такого локального термоупрочнения не требуется дополнительной шлифовки и доводки, что необходимо при обычных методах закалки.
Размерная лазерная обработка (резка, сверление, испарение тонких пленок и т. п.) дает возможность резко повысить скорость обработки материалов (особенно тугоплавких, таких как алмазы, корунд, рубин и т. п.) и ее точность.
Структурная схема типичной ЛТУ показана на рис. 17.17.
Помимо основного рабочего инструмента — лазера 1, дающего лазерный пучок 2, схема содержит оптическую систему 3, рабочий стол 5, на котором закреплено обрабатываемое изделие 4, программирующее устройство 8, управляющее режимом обработки и перемещением изделия, источник технологической среды (инертный газ)
6, источник дополнительной энергии (кислород) 7, а также датчики параметров излучения (энергии) 9 и технологического процесса (температуры изделия) 10.
В ЛТУ используются в основном твердотельные лазеры на стекле с неодимом и иттрий-алюминиевом гранате— ИАГ (длина волны излучения 1,06 мкм), а также газовые лазеры на углекислом газе COj (длина волны 10,6 мкм). (Подробнее о лазерах см. разд. 4.)
Твердотельные лазеры с энергией излучения до 100 Дж используются, как правило, для импульсной обработки материалов, а газовые с мощностью излучения до 10 кВт —в непрерывном режиме.
Изменение направления лазерного пучка производится обычно с помошью призм полного внутреннего отражения, интерференционных илн металлических зеркал. Для перемещения луча по заданной траектории используется система подвижных зеркал. Способ формирования излучения лазера зависит от конкретной технологической задачи, а также от параметров самого лазера. Для оценки минимально достижимого диаметра лазерного пучка dm<n можно использовать следующее выражение, заимствованное из геометрической оптики (без учета дифракции):
dmin = /' tg у « /' V.
где /' — фокусное расстояние; у — Угол расходимости пучка.
Однако для любых резонаторов и оптических систем имеет место дифракционный предел:
rf-шф » l,22>./'/D,
где Л— длина волны; D — выходная апертура оптической системы.
Оптическая система для визуального контроля представляет собой обычно бинокулярный микроскоп с
Рис. 17.17. Структурная схема лазерной технологической установки.
§ '7-5)
Установки с когерентными источниками излучения
451
Таблица 17.20. Основные параметры н назначение лазерных технологических установок
Тип установки Назнвчеине Максимальная энергия в импульсе, Дж Частота, Гц Диаметр пятиа, мм Тип лазера Длительность импульса., мс Габариты, мм (без блока питания)
СЛ С-10-1 Точечная сварка металлов толщиной до 0.3 мм 8 0,5 0.4-1,5 Стекло с мом иеоди- 2-4 1006X 820X1265
«Квант-9м» Сверление алмазов 10 0,1—3 0.05-2 То же 0,2—0.75 1150 X 700X1200
«Квант-10» Точечная сварка металлов толщиной до 15—30 0,1 — 1 0.7—1,5 » » 0,2—0,75 1225Х1040X 930
«Кваит-12» 1 м м Шовная свврка метал- 3 0.1—20 0,25—1 ИАГ 1,5-4 1600X 950X1230
<Коруид* лов Сверление часовых квмней 0,1—0.5 1-10 0,05—0,1 Стекло с мом неодн- 0,15 600X1200X1400
«Квант-И» Резка полупроводниковых пластни Средняя мощность 20 Вт 1—100 0,03—0,3 ИАГ 1200 X 700X1200
«Квант-16» Термоупрочнение металлов 30—50 I—10 0,7—1,4 Стекло с МО* неодн- 4-7 1225X1040X 950
«Катунь» Многоцелевая резка материалов, сварка и пр. Максимальная мощность 800 Вт 0,05 Непре- рывный 0,6—0,8 Газовый на СОг Длине 6 м
УПР-1 Подгоика толстопленочных резисторов 30—100 0,3 Г азовый на СОэ 0,2 1100X1300 X 2400
увеличением 10—50. Для защиты зрения оператора используются специальные фильтры, поглощающие излучение с длиной волны лазера. В некоторых технологических установках для наблюдения за технологическим процессом используют замкнутые телевизионвые системы.
Отечественной промышленностью освоен сервйный выпуск лазерных технологических установок как универсальных, так н специального назначения.
В табл. 17.20 приводятся параметры некоторых наиболее распространенных промышленных лазерных облучательных установок технологического назначения.
Фотохимические процессы, основанные на использовании лазерного излучения, весьма перспективны для применений, требующих больших энергетических и экономических затрат, в частности для разделения изотопов. Например, при газодиффузионном способе разделения изотопов ураиа требуется около 5 МэВ на одну молекулу шестифтористого ураиа, а для избирательного возбуждения изотопа урана 235 — всего 10 эВ [17.551.
Практическая реализация огромного преимущества направленных фотопроцессов еще ие получила должных промышленных масштабов. Одна из основных причин — отсутствие пока особомощных (до 1 кВт и более) лазеров видимого и ближнего УФ диапазонов с КПД ие менее 1 %.
