Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники (1990) (1151950), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Для этого необходимо обрабатываемую деталь поместить в соатвет. ствующую камеру и с помощью оптических систем подвести лазерный луч. Подбором режима работы лазера н скорости перемещения обрабатываемой детали можно получить шовную сварку таких металлов, как молибден, кобальт, никель, медь, золото и других с хорошей теплоправодностью.
При этом толщина свариваемых элементов может составлять несколько миллиметров. Импульсные лазерные установки служат для подгонки номиналов элементов электронной техники, балансировки высокоскоростных роторов гироскопов, поверхностной закалки. Непрерывные лазеры иа основе ИАГ используют в установках для получения шовиой сварки, термаобработки поверхностей, что позволяет значительно увеличить ресурс и надежность работы различных деталей, работающих в условиях большой нагрузки.
Молекулярные лазеры на СО, обладают большой мощностью непрерызнога излучения, и это обстоятельство лает воэможность применять их для решения многих технологических операций в судостроении, радиоэлектронике, текстильной промышленности и т. д. При этом повышается в десятки раз производительность труда и существенно улучп1ается культура производства.
Зов Высокая точность обработки, бесконтактиость процесса, малая зона термического воздействия, обрабогка материалов с различными физическими и механическими свойствами делает лазерную технологию перспективной, тем более, что лазерный луч можно сфокусировать в точку диаметром, соизмеримым с длиной волны изл чения. азерная технология основана на том, что при облучении обрабатываемой поверхности часть потока отражается, а часть поглощается, вызывая нагрев материала.
Поэтому обрабатываемые материалы должны иметь большой коэФфициент поглощения на длине волны излучения лазера. Доля поглощенного потока также определяется качеством обрабатываемой поверхности, наличием оксидной пленки и начальной температурой. Проникая на глубину 6 = !/а (и — линейный коэффициент поглощения), луч вызывае~ разогрев материала до температуры, необходимой для плавления или даже испарения материала. Значения этих температур определяются физико-химическими свойствами обрабатываемого материала. Наиболее важным параметром при лазерной обработке материалов является плотность лазерного излучения, необходимая для того или иного технологического процесса. Так, лазерная резка аависит от мощности излучения лазера, толщины и физика-химических свойств материала, а также от скорости резки.
Оиа отличается высоким качеством реза, незначительной зоной термического влияния, параллельностью кромок, возможностью обработки самых тугоплавкнх и прочных материалов. Для резки используют лазеры непрерывного и импульсного излучения. Лазерную резку металлов, как правило, осуществляют прн поддуве кислорода, а иногда инертного газа. Кислород способствует предварительному окислению и уменьшению отражательной способности материала, воспламенению и горению, сопровождающимся экзотермической реакцией, тепло которой усиливает термическое действве излучения и удаление расплава и продуктов сгорания из зоны реза. Продув инертных газов также существенно повышает качество, производительность резки, а также позволяет уменьшить требуемую мощность лазера. Для пробивки отверстий используют, как правило, импульсные лазеры на НАГ и СО, с энергией в импульсе до нескольких десятков джоулей и длительностью импульса единицы миллисекунд.
Плотность лазерного излучения в зоне обработки около !О МВт!см', Лазерная пробивка отверстий является бесконтактной, увеличивает точность размещения отверстий на обрабатываемой поверхности, дает возможность ориентировать отверстие в любом направлении, позволяет получать большое отношение глубины к диаметру отверстия. Высока производительность лазерной пробивки отверстий. Оиа составдяет несколько сот отверстий в минуту, что не достижимо мехзническим способом.
При этом в 500 — 600 раз сокращается время на получение отверстий. Процесс пробивки отверстий основан иа плавлении материала и его испарении из зоны облучения. Отверстие в глубину растет за счет испарения, а в диаметре вследствие плавления стенок и вытеснения жидкости избыточным давлением паров. Для сварки используют лазеры непрерывного и импульсного излучения. С помощью первых лазеров получают шовиое соединение, а с помощью вторых — точечное. Плотность лазерного излучения в зоне обработки составляет 10' — 10' Вт/см'.
Особенно перспективны газовые лазеры на СО, и твердотельные ИАГ-лазеры. В основе лазерной сварки лежит процесс плавления. Качество сварки определяется степенью растворимости свариваемых материалов, плотностью контакта между ними и режимом лазерного излучения, позволяющим расплавить материал без его испарения. Качество сварного шва улучшается при наличии непрерывного излучения лазера. Процесс термической обработки основан на изменении кристаллографической структуры обрабатываемой поверхности, Этот технологический прием используют при подгонке сопротивлений, закалке поверхности.
Закалку осуществляют без общего разогрева обрабатываемого изделия и'на малых участках путем применения масок. При лазерной закалке отсутствует окисление обрабатываемой зоны за счет скоротечного процесса. Основным процессом закалки является разогрев обрабатываемой зоны до температуры, при которой углерод начинает существовать как твердый раствор карбида кремния в гамма-железе. Лазерный луч используют для отжита полупроводников, позволяющего устранить дефекты в структуре, возникающие я результате легироваиия. Если другие способы требуют 40— 60 мии отжита полупроводника при температуре 800 — 1000 'С, то при лазерном отжнге на это требуется гораздо меньше времени.
При этом значительно уменьшается диффузия примесей. Лазеры применяют для решения технологических задач в полиграфии, бумагоделательной, деревообрабатывающей, текстильной промышленностях и др. 13.3. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В НАУЧНЫХ Н ПРИКЛАДНЫХ И(ХЛЕЛОВАНИЯХ В научных и прикладных исследованиях используются такие свойства лазерного излучения, как когереитиость, монохроматичность, возможности работы в большом динамическом и спектральном диапазонах, получения весьма коротких импульсов большой амплитуды, плавной перестройки излучения в определенном диапазоне длин волн. В настоящее время создаются оптико-электронные приборы с лазерами, предназначенные для измерения и контроля различных параметров объектов. В этих приборах используется взаимодействие излучения лазера с веществом объекта, вследствие чего имеют место различные оптические эффекты, приводящие к поглощению света, отражению, преломлению, изменению состоя- зэт ния поляризации, двулучепреломлеиию, интерференции, дифракции и т, д, Сила оптического эффекта определяется свойствами материала объекта, его геометрическими размерами.
Таким обра. зом, измеряя силу того или иного эффекта, а в отдельных случаях одновременно силу нескольких оптических эффектов, удается получить оптико-физические и геометрические параметры объекта, Лазерные приборы позволяют измерять или контролировать состав материалов, а в других случаях производить разделение частиц по размеру, атомному весу, массовым числам, а также и разделение изотопов химических элементов. Выпускаются приборы для измерения геометрических размеров объектов — толщины тонких пленок, малых наружных и внутренних диаметров, В приборах измерения используются, как правило, газовые и полупроводниковые лазеры непрерывного или частотного режима излучения.
При этом предъявляются жесткие требования к стабильности одиочастотного излучения с постоянным положением в пространстве оси диаграммы направлепяости. Лазерные приборы позволяют автоматически вести измерения желаемого параметра и включаться в автоматизированные системы. Обработка результатов измерения ведется с помошью ЗВМ, которая также может управлять режимом измерения.
Созданы лазерные приборы измерения линейной скорости объекта и отиосительной дальности до него иа основе эффекта Доплера. Принцип работы прибора основан на измерении разиостиой частоты между частотами лазеряого передатчика и отражеииого от объекта сигнала. Используются одночастотиые газовые Не — Хе-лазеры и СО,-лазеры. В качестве передатчика лазеры применяются в дальномерах, системах локации и связи.
В лазерных дальномерах используются в основном активные элемепты из ИЛГ или неодимового стекла в режиме модулированной добротности с энергией несколько сотен миллиджоулей при длительности десятки наносекунд. При этом дальпость действия дальномера составляет около !О км с точностью определения дальности в несколько метров. Созданы дальномеры на основе СО,-лазера.
Достоинство этих лазеров состоит в том, что в атмосфере имеется окно прозрачности на Х = 10,6 мкм и даже пря наличии тумана, дождя, снега требуется меньшая мощность излучения по сравнению с твердотельными лазерами. Вще одним бесспорным преимуществом СО,-лазеров является то, что их излучение в дальномере безопасно для зрения. Так, в литературе имеются сообщения о том, что излучение СО,-лазера в дальномере безопасна на расстоянии 0,4 км от апертуры и дальше, поскольку оно в большей степени поглощается роговицей глаза и оказывает в меньшей степени влияние на сетчатку глаза, в то время как излучение лазеров на ИАГ и неодимовом стекле опасно для зрения иа расстоянии 1 км от апертуры лазера и дальше.
зоз Б лазярных локаторах устанавливают импульсные твердотельные лазеры на ИАГ, неодимовом стекле и рубине в режиме модулированной добротности с энергией в импульсе около ! Дж при длительности 1 — 10 нс, Осуществляется локация искусственных спутников Земли, а также Луны. На спутниках устанавливаются уголковые отражатели для обеспечения уверенного приема отраженного луча. В 1965 г, с помощью лазерного локатора было точно измерено расстояние до Луны. Лазерные системы связи могут быть снабжены газовыми, твердотельными и полупроводниковыми лазерами, Высокая степень монохроматичности, стабильности, пространственно-временной когерентности Не — Ме-лазеров позволяет их использовать в линиях связи.
Получение частотной стабильности СОм лазеров дает возможность применять их в системах дальней связи, особенно косми каской. Малые размеры инжекцнонных полупроводниковых лазеров и простота модуляции их излучения дает воэможность использовать эти лазеры в волоконно-оптических линиях связи в качестве передатчиков. Оптические линии связи обладают большой емкостью передаваемой информации, в миллион раз превосходящей емкость радиоволн метрового диапазона. Открытая линия связи функпионирует только в пределах прямой видимости, и поэтому в земных условиях дальность действия ее ограничена. В космическом пространстве, где отсутствует поглощение излучения атмосферой, возможна связь на большие расстояния. Особое значение приобретает оптическая связь с космическими кораблями в момент их вхождения в слон атмосферы, когда космический корабль обволакивается ионизированной высокотемпературной плазмой, непрозрачной для радиоволн, В последние годы находят широкое применение волоконнооптические линии связи, использующие в качестве передатчика газовые в полупроводниковые лазеры непрерывного н импульсного излучений, Преимущество этих линий связи очевидно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
