Geum.ru

Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2003

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


10. основы лазерной технологии
Подобный материал:
1   ...   40   41   42   43   44   45   46   47   48

10. ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ



Острый язык — единственный инструмент, не теряющий

своих режущих свойств при постоянном пользовании.

Некто



  • К инструментам всегда относились с почтением, а в древности даже с суеверием. Случайно обнаруженные каменные орудия служили талисманами: их носили на груди для храбрости; ели в перетертом виде с пищей, чтобы самому быть здоровым; подсыпали пудру из каменных топоров и молотков в вино и пищу врагам, чтобы их одолел недуг и от них отвернулось счастье; клали топор под крышу дома, чтобы не было пожара; считалось, что каменный талисман у полководца способствует взятию городов.
  • Города увековечивали инструменты на своих гербах: Тула (1778) — перекрещенные клинки, ружейный ствол и два молота; Александров (1781) — слесарные тиски и наковальню; Алапаевск (1783) — механический молот для ковки железа, Кузнецк (1804) — кузнечные инструменты и кузницу.




Лазер — это слово составлено из первых букв английского определения: “light amplification by simulated emission of radiation” — “усиление света с помощью стимулированного излучения”.

В основу работы лазеров принято явление электромагнитных колебаний при помощи вынужденного (стимулированного) излучения атомов и молекул. Возбужденный каким-либо образом электрон вновь возвращается с верхних электронных оболочек атома на нижние. Каждый атом при люминесценции испускает свой свет в разное время, не согласованное с атомами соседей. В результате возникает хаотическое излучение.

Между средой и светом постоянно происходит обмен энергией. Среда может как поглощать и рассеивать, так и, при определенных условиях, усиливать падающее на нее излучение. Это явление было предсказано Альбертом Эйнштейном еще в 1916 г. В одной из статей он показал, что согласовать вспышки излучения отдельных атомов между собой позволило бы внешнее электромагнитное излучение. Оно может заставить электроны разных атом взлететь на одинаково высокие возбужденные уровни. Этому же излучению нетрудно сыграть роль спускового механизма при световом выстреле. Направленное на кристаллы, оно может вызвать одновременное возвращение на исходные орбиты сразу нескольких десятков тысяч возбужденных электронов, что будет сопровождаться ослепительной вспышкой света монохроматического типа. В 50-е гг. XX в. А.М. Прохоровым, Н.Г. Басовым и Ч.Х. Таунсом был создан лазер.

Лазерное излучение обладает рядом уникальных, характерных только для него свойств, а именно монохроматичность (излучение сосредоточено в ограниченном интервале длин волн); высокая когерентность (излучаемые кванты света совпадают друг с другом по фазе); высокая интенсивность излучения; маленькая расходимость лазерного луча.

Данные свойства позволяют сфокусировать лазерный луч в пятно маленького диаметра (несколько микрон), и в результате можно получить очень высокую концентрацию энергии на поверхности обрабатываемого изделия. Поэтому лазерный луч является уникальным источником нагрева, имеющем ряд преимуществ перед традиционными источниками и находящем все более широкое применение в различных отраслях науки и техники.

Преимущества лазерной обработки материалов состоят в следующем:
  • Большое разнообразие процессов обработки самых различных материалов, в том числе таких, которые не поддаются механической обработке. В частности, лазеры незаменимы при обработке материалов, отличающихся повышенной хрупкостью, например глиноземной керамики.
  • Высокая скорость. Так, резка углеродистой стали толщиной 6 мм может выполняться со скоростью 2–5 м/мин, шовная сварка — 100 м/ч, что значительно быстрее традиционных способов сварки, например электродуговой.
  • Высокое качество (гладкость реза, прочность сварных швов, чистота поверхности и др.).
  • Высокоточная прецизионная обработка (изготовление фильер в алмазах для волочения проволоки, отверстий в рубиновых камнях для часовых механизмов и др.).
  • Локальность воздействия на отдельные участки обрабатываемой поверхности — что обусловливает отсутствие деформации изделия.
  • Возможности обработки в труднодоступных местах, где другими методами хорошего результата не получить (обработка внутренних поверхностей труб).
  • Быстрая перестраиваемость на разные виды обработки (в пределах технологического назначения лазера), а также сравнительная простота автоматизации операций и технологических процессов.
  • Участки лазерной обработки могут быть легко встроены в технологическую цепочку, так как лазерное излучение можно транспортировать на необходимые расстояния от лазерного источника до обрабатываемого изделия по воздушному тракту (с помощью поворотных зеркал) либо по гибкому световоду.
  • Высокая производственная надежность технологических лазеров, превосходящая обычное оборудование для механической обработки. Простои на наладку и ремонт составляют не более 2–5 % общего времени работы лазера.

Использование лазерных технологий экономически выгодно, поскольку снижается стоимость технологического процесса, а качество продукции повышается. Значительный экономический эффект возникает за счет экономии материалов (при сварке, резке), повышения производительности труда (сварка, маркировка, размерная обработка).

Лазерный луч как технологический инструмент не имеет себе равных по степени “гибкости”, быстроте действия и износоустойчивости, особенно в условиях единичного и мелкосерийного производства с быстро меняющейся номенклатурой деталей.