Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
соотношением
где сор - коэффициент отражения рефлектора; у- коэффициент неоднородности
освещения активного эле-
шение энергии накачки к ее пороговому значению.
Однако при определении полной энергии излучения следует учитывать влияние
коэффициентов пропускания зеркал резонатора и активные потери в нем:
Кпот -.коэффициент потерь в резонаторе; L - длина резонатора, см; ti -
коэффициент пропускания глухого зеркала; тг - коэффициент пропускания
выходного (полупрозрачного) зеркала.
Коэффициент полезного действия оптического кван-того генератора
Другая особенность светового луча - неоднородность плотности светового
излучения по сечению луча. Экспериментально установлено, что генерация
осуществляется не со всей торцовой поверхности активного элемента, а лишь
с некоторой его части. Это одна из основных причин возникновения
погрешностей формы получаемых отверстий.
Длительность светового излучения как одна из характеристик излучения ОКГ
обусловливает продолжительность процесса обработки и существенно влияет
на структурные изменения в материале, а также на возможность
использования луча лазера для решения конкретных технологических задач.
На длительность светового излучения наибольшее воздействие оказывают
энергия накачки, параметры разрядной цепи гене-
(III. 7)
мента; па= -- -коэффициент, учитывающий отно-
Wк.пор
Кпот - L ,П '
(III.8)
156
ратора, тип активного элемента и нестационарность режима. Средняя
величина длительности излучения современных квантовых генераторов
составляет 0,1 - 10 мс, однако в зависимости от решаемых технологических
задач она может быть значительно расширена в ту или другую сторону.
Цри использовании светового луча в качестве инструмента значительное
внимание уделяется вопросам его формирования и управления. Для этих целей
используют линзы и объективы. Наиболее применимы собирающие линзовые
оптические системы, позволяющие получать высокую концентрацию лучистой
энергии на поверхности обрабатываемого материала. Если принять во
внимание, что когерентное излучение подчиняется тем же законам, что и
некогерентное, то становится очевидным, что на процесс формирования
светового луча распространяются законы геометрической оптики. Поэтому так
же, как и в геометрической оптике, главная задача оптической фокусирующей
системы - образование правильного изображения объекта, т. е. торца
активного элемента.
Наиболее важным параметром сфокусированного луча, используемого для
обработки, является диаметр площадки, на которой можно сфокусировать
монохроматическое излучение. Известно, что теоретически возможный
наименьший диаметр при условии, что D = = 2,26 f, равен длине волны
излучения. Диаметр площадки связан с параметрами объектива соотношением
cf=2,26^, (Ш.10)
где f - фокусное расстояние фокусирующей линзы, см; D - диаметр входного
отверстия объектива, см.
Теоретически радиус фокального пятна может составлять доли микрона,
однако практически этого достигнуть невозможно из-за явления дифракции.
Оптические системы в лазерных технологических установках служат для
передачи энергии излучения к месту обработки, регулирования параметров
излучения, формирования светового пучка с высокой плотностью мощности, а
также для визуальной наводки излучения в зону обработки. С помощью
фокусирующих, отражающих и преломляющих оптических элементов излучение
157
3
I
\ I \ /
P и с. 97
Рис. 98
лазера может быть подведено к обрабатываемой детали на необходимом от
излучателя расстоянии и под любым углом к его поверхности. Расстояние
между излучателем и обрабатываемой деталью определяется обычно
необходимостью размещения оптической системы, формирующей световой поток
заданной геометрии.
Для изменения направления излучения или его распределения на несколько
рабочих позиций используют призмы и зеркала (рис. 97). При обработке по
контуру или по координатам возникает задача относительного перемещения
луча и детали. Проще всего эта задача решается за счет перемещения луча с
помощью зеркал
В общем случае, если исходить из электромагнитного представления о
природе света и определения вещества как системы электрических зарядов,
процесс взаимодействия света и вещества можно понимать как воздействие
электромагнитного поля волны на атомы или молекулы вещества.
(рис. 98).
III. 9. Механизм взаимодействия сфокусированного светового луча о
материалом
При взаимодействии светового луча с металлами электромагнитная волна
воздействует на электроны, которые в данном случае рассматриваются как
свободные. Свободные электроны характеризуются слабой связью с
кристаллической решеткой и под воздействием электромагнитной волны
светового излучения совершают вынужденные колебания. Эти колебания
обусловливают высокую отражательную способность металлов. Однако при
нормальном падении электромагнитной волны часть ее энергии все же
проникает в глубь металла, испытывая в нем сильное поглощение. Свободные
электроны металла под действием данной части энергии приходят во
