Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 111
Текст из файла (страница 111)
Для.настройки генератора используют оптическое устройство, состоящее из осветителя б, призмы 7, и конденсорной линзы д. Луч света от осветителя проходит через рубин и оптическую систему генератора, имитируя прохождение излучения от кристалла (рис. 89, б). Для визуального наблюдения за местом сварки при наведении луча подсветки на место сварки и для осмотра сваренных элементов служит стереоскопический микроскоп 9. Для защиты глаз оператора, работающего на установке, от излучения генератора в момент вспышки-сварки предусмотрен затвор 1О, приводимый в движение электромагнитом.
Электрическая схема установки состоит из блока питания импульсной лампы, стола с входящим в него затвором и трансформатором подсветки, генератора. На лампу вспышки подается напряжение, равное 18 кВ. Для изменения времени разряда и, следовательно, времени горения лампы в цепи лампы установлены индуктивности, меняя величину которых, можно менять и время длительности импульса. Резка лазером является наиболее распространенной технологической операцией.
Лазером можно резать стекла, керамики,. алмазы, металлы и др. При резке используют лазеры непрерывного действия, обладающие большими энергиями излучения в инфракрасном диапазоне (длина волны равна 10,6 мкм). Резка кремниевых и германиевых пластин на отдельные элементы, необходимые в полупроводниковой промышленности, осуществляется воздействием сфокусированного луча лазера непрерывного действия, При этом происходит испарение части ма- Рис. 89. Схема сварочного квантового генератора: и — сварка; о — настройка генератора перед сваркой териала на поверхности пластины и образуется канавка. В дальнейшем необходимо приложить механическое усилие, и пластины расколются по линиям канавок.
Аналогичными резке являются процессы подгонки резисторов и обработки интегральных схем. Лазерный луч испаряет части металлической пленки резистора, при этом электрическая цепь может находиться под напряжением, что обеспечивает непрерывный контроль сопротивления прибора, Обработку можно производить в атмосфере, в вакууме и различных газах, при этом луч лазера может свободно проникать через стекло, кварц, воздух. Так как квантовый генератор на рубине имеет КПД порядка 0,1%, то только 0,001 доля номинальной энергии поджига газоразрядной лампы превращается в энергию луча, генерируемого лазером, которая и подается на свариваемое изделие в виде короткого импульса.
Значительная мощность энергии, развиваемая при очень коротких импульсах обычно приводит к бурному испарению металлов из зоны сварки. Поэтому в кван !5* 445 444 Спегбиалвные виды сварки Сварка световьии лучом товых генераторах предусматривается регулировка длительности импульса. Изменяя продолжительность импульса, можно получить менее резкий подъем температуры в месте сварки. В принципиальной схеме квантового генератора имеется устройство, позволяющее изменять продолжительность импульса и формировать его путем включения различных комбинаций емкостей в блоке накопления энергии. Для осуществления сварки необходимо, чтобы импульсы имели максимальную длительность при минимальных интервалах между ними.
Однако вследствие низкого КПД квантовых генераторов на рубине большая часть энергии лампы накачки превращается в тепло, вследствие чего эти лампы не могут работать при высокой частоте повторения импульсов, а рубиновый стержень перегре. вается. Для уменьшения перерывов между импульсами необходимо интенсивно отводить значительное количество тепла, выделяемого при оптической накачке лазера. Частота повторения импульсов и мощность квантового генератора таким образом ограничиваются охлаждающими системами, отводящими тепло, возникающее в квантовых генераторах.
Существующие сварочные оптические квантовые генераторы дают возможность получить частоту по- 2 вторения импульсов от 1 до 100 в минуту. Диаметр площади проплавления, получающейся в результате действия одного импульса ! 5 луча лазера, составляет десятые доли миллиметра. Поэтому существующие оптические квантовые геПоток СО! нераторы пока не могут быть использованы для сварки швов и исРис. 90.
Оптическая система лазера непрерывного действия пений типа точечной сварки. Отличительной особенностью ! — зеркала; 2 — активная зона; 3 — аэро СВарКИ ОПТИЧЕСКИМ луЧОМ яндястея динамическое окно; б — выходящйа луч возможность получения плотности энергии того же порядка, что и при использовании электронного луча. При этом способе сварки вследствие отсутствия пространственного заряда упрощается фокусировка луча. Сварку металлов можно производить на воздухе, в защитной атмосфере и в вакууме.
Возможность точной дозировки энергии делает этот способ особенно пригодным при сварке микросоединений. Малая длительность термического цикла сварки обеспечивает возможность получения качественного соединения ряда металлов, особо чувствительных к длительному воздействию тепла. Открываются и новые возможности сварки металлов, например сварка через прозрачные оболочки.
Перспективной областью применения лазерной сварки является сварка микросоединений. Широкое применение лазерная сварка находит в радиоэлектронике и электронной технике при сварке контактов проводников с пленками на микроплатах, твердых схемах и микроэлементах, Лазерным лучом можно сваривать самые различные композиции металлов, используемых в микроэлектронике: золото †кремн, германий †золо, никель— тантал, медь — алюминий и др. Возможность получения мощных лазерных лучей открывает перспективу их использования для технологических целей.
Луч газового лазера непрерывного действия характеризуется малым поглощением в газах, простотой фокусировки и транспортировки энергии при помощи зеркал в труднодоступные места, однако защита сварочной ванны производится инертным газом. Исходный луч имеет форму кольца, который фокусируется с помощью оптической системы, показанной на рис. 90. Использование лазеров непрерывного действия на СОв дает возможность получать сварные соединения стали толщиной до 1б мм.
В перспективе имеется возможность увеличения толщины свариваемых изделий и использования их для термообработки и резки металлов. На рис. 91 представлена схема лазерной двух- позиционной установки для сварки и термической обработки изделий. Рис. 91. Схема мощной лазерной установки, разработанной для сварки и термообработки: ! — выход луча из газового квантового генератора; 2 — поворотное зеркало; б — зеркала; б — лучепровод; б — система фокусировки для сварки; б — система фокусировки для термообработкн; 7 — рабочие столы с изделиями Сварка и пайка энергией. лучей оптического диапазона, Большой интерес вызывает применение для сварки и пайки сфокусированной лучистой энергии различных источников, излучающих в оптическом диапазоне частот. Нагрев лучистой энергией обладает некоторыми преимуществами по сравнени р ю с другими способами а именно возможность термической обработки материа! мп лов независимо от их электрических и магнитных свойств; бесконтактны одводом энергии к изделию (причем источник и нагреваемый объект могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга); незначительным механическим воздействием на зону нагрева; возможностью передачи энергии через оптически прозрачные оболочки, что позволяет проводить процессы сварки и пайки в контролируемой газовой атмосфере и в вакууме.
В установках для сварки и пайки световым лучом можно использовать такие источники излучения, как Солнце, угольная дуга, дуговые газоразрядные лампы и лампы накаливания. Работы, проведенные в МАТИ, показали, что наиболее перспективным и уд ным обным излучателем для технологических целей являются дуговые неоновые лампы сверхвысокого давления. 446 Специальные виды сварки 447 Плазменная сварка ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА Отечественная промышленность серийно выпускает дуговые неоновые лампы следующих типов: с воздушным охлаждением ДКСШ-500 (0,5 кВт), ДКСШ-100М (1 кВт) и ДКСШ-3000 (3 кВт); с комбинированным водяным и воздушным охлаждением ДКСР-300 (3 кВт), ДКСР-5000 (5 КВт) и ДКСР-10000 (10 кВт). Дуговая неоновая лампа представляет собой шаровой баллон из оптически прозрачного кварца с помещенными в него двумя вольфрамовыми электродами.
Давление неона в лампе в нерабочем состоянии достигает 10 ат, Электропитание ламп осуществляется от источников постоянного тока с напряжением холостого хода не ниже 70 В и с падающей характеристикой (например, ИПП-500В). Лампы могут работать в непрерывном режиме сотни часов. Создан ряд специализированных экспериментальных установок для сварки и пайки сфокусированной лучистой энергией неоновых ламп мощностью от 0,5— Рис. 92. Оптические схемы установок для сварки лучистой энергией: о — моноэллипсоидная система; б — то же, с двухлинзовым конденсором; 1 — отражатель; 2 — лампа; 2 — изделие; 4 — кон- денсор 10 кВт. В этих установках излучение неоновой лампы фокусируется на изделие с помощью эллипсоидного отражателя.
С целью увеличения плотности энергии в пятне нагрева используется дополнительная линзовая оптика (рнс. 92, а, б). Экспериментально установлено, что оптический источник тепла является нормально-круговым н по плотности энергии в пятне нагрева занимает промежуточное положение между газовым пламенем и электрической дугой, а по сосредоточенности близок поверхностным металлическим дугам. В рабочем пятне установки УСПЭЛ-1-МАТИ с неоновой лампой ДКСР-10000 максимальная плотность лучистого потока составляет 2600 Вт/смз. Лучистый поток такой плотности достаточен для плавления молибдена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
