Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Кафедра фізики
“Лазер. Використання лазера в технологіях обробки матеріалів”
Перевірив: Виконав:
Доцент кафедри студент групи У-22
Канашевич Г.В. Сіренко В.В.
Черкаси 2002
План
2) Розкрій і різання матеріалів.. 5
4) Маркірування, гравіювання, нанесення і зчитування інформаційних знаків.. 5
6) Формування виробів складної просторової форми з листового металу.. 6
7) Спеціальні операції лазерної обробки. 7
Перспективи використання лазерних технологій у промисловості України.7
Перші лазери з'явилися наприкінці 1950-х - початку 1960-х років, однак уже сьогодні можна назвати більш 350 різних їхніх застосувань майже у всіх сферах діяльності людини. Серед них найбільш поширена лазерна обробка матеріалів. Лазерна технологія виявилася досить динамічною і самостійною областю сучасного Машино- і приладобудування, що по обсязі капіталу виходить на бататоміліардні обороти. Найбільше ефективно технологічне застосування лазерного випромінювання в мікро обробці, розкрої і різанні матеріалів, з міцніючої поверхневої обробки, зварюванню, маркіруванні, гравіюванні, поверхневій очищенні матеріалів, вирощування трьох мірних об'єктів, формуванні виробів складної просторової форми з листового металу, спеціальних операціях лазерної обробки.
Лазерні системи поділяються на три основні групи: твердотільні лазери, газові, серед яких особливе місце займає CO2-лазер; і напівпровідникові лазери. Якийсь час назад з'явилися такі системи, лазери, що як перебудовуються, на барвниках, твердотільні лазери на активованих стеклах.
З всіх існуючих лазерів тривалої дії найбільш могутніми, просунутими в практичному відношенні і пристосованими для різання матеріалів, зварювання металів, термічного зміцнення поверхонь деталей і ряду інших операцій є електророзрядні СО2-лазери. Великий інтерес до СО2-лазерам розуміється також і тим, що в цього лазера ефективність перетворення електричної енергії в енергію лазерного випромінювання в сполученні з максимально досяжною потужністю енергії чи імпульсу значно перевершує аналогічні параметри інших типів лазерів.
За допомогою їхнього випромінювання роблять незвичайні хімічні реакції, розділяють ізотопи. Маються проекти передачі енергії за допомогою СО2-лазерів із Землі в чи космос з космосу на Землю, обговорюються питання створення реактивного двигуна,
Формування виробострумовим електронним пучком чи поперечним розрядом. Працюють в імпульсному режимі в УФ - діапазоні довжин хвиль. Застосовуються для лазерного термоядерного синтезу.
Електророзрядні лазери низького тиску на благородних газах : He-Ne, He-Xe і ін. Це малопотужні системи відрізняються високої монохроматичністю і спрямованістю. Застосовуються в спектроскопії, стандартизації частоти і довжини випромінювання, у настроюванні оптичних систем.
Іонний аргоновий лазер - лазер безупинної дії, що генерує зелений промінь. Накачування здійснюється електричним розрядом. Потужність досягає декількох десятків Вт. Застосовується в медицині, спектроскопії, нелінійній оптиці
Хімічні лазери. Робітниче середовище - суміш газів. Основне джерело енергії - хімічна реакція між компонентами робочої суміші. Можливі варіанти лазерів імпульсної і безупинної дії. Вони мають широкий спектр генерації в ближньої ИК - області спектра. Мають велику потужність безупинного випромінювання і великою енергією в імпульсі. Такі лазери застосовуються в спектроскопії, лазерній хімії, системах контролю складу атмосфери.
Напівпровідникові лазери складають саму численну групу. Накачування здійснюється інжекцією через гетероперехід, а також електронним пучком. Гетеролазери мініатюрні, мають високий КПД. Можуть працювати як у імпульсному, так і в безупинному режимах. Незважаючи на низьку потужність вони знайшли своє застосування в промисловості. Вони застосовуються для спектроскопії, оптичної стандартизації частоти, оптико-волоконних ліній зв'язку, для контролю форми, інтерференційних смуг деформації, в оптико-електроніці, у робототехніці, у системах пожежонебезпечності. У побуті застосовуються в системах оптичної обробки інформації (у сканерах) у парі з нескладною системою багатогранних дзеркал, застосовуваних для відхилення променя у звуко- і відеосистемах, чи в охоронних системах. Останнім часом напівпровідникові лазери, завдяки своїм малим розмірам, застосовуються й у медицині. Лазери з електронним накачуванням перспективні в системах проекційного лазерного телебачення.
РУБІН. У лазерах цей кристал має високий поріг генерації й отже низький КПД, звичайно 0.5%. Його вихідна потужність також сильно залежить від робочої температури, що обмежує частоту повторення імпульсів величиною 10 Гц чи менш. У той же час цей матеріал термічно стійкий і не боїться перегріву. Однак його широке застосування обмежує досить висока вартість спеціально вирощеного кристала, особливо якщо потрібно стрижень великих розмірів. Тому рубінові лазери застосовуються коли необхідне випромінювання довжиною хвилі 694 нм чи не потрібно висока енергія на виході і КПД не грає істотної ролі. Наприклад, такі лазери стали широко використовуватися для спеціальної фотографії - голографії, після того, як удалося домогтися достатньої чутливості плівки на частоті 694 нм. Ці лазери більш зручні і для пробивання дуже точних отворів, тому що зі зменшенням довжини хвилі розміри крапки фокуса, що обмежується дифракцією, зменшуються. Не дуже давно деякі вчені пророкували, що рубіновий лазер незабаром відслужить свій термін. Однак у даний час напівпровідникові прилади на арсеніді галію (GaAs) можуть зварюватися з тугоплавкими металевими провідниками за допомогою імпульсного рубінового лазера. Процес триває 100 нс замість 5-30 хв, що вимагаються при звичайному зварюванні з наступним віджилок. Це важливе досягнення застосовується в електронних системах, використовуваних у супутниковому зв'язку, реактивних двигунах, геотермальних шпарах, атомних реакторах, приймачах радіолокаційних станцій і ракет, інтегральних мікрохвильових ланцюгах.
Мікрообробка. Застосування лазерів при мікро обробці звісно що з часу їх появлення. Завдяки специфічним властивостям лазерного випромінювання, характерної високої концентрацій, електромагнітна енергія може бути значно локалізована, що дозволяє контрольовано видаляти мікроскопічні обсяги матеріла і в такий спосіб виконувати прецизійну обробку. В даний час можна одержувати мікроотвори у різних матеріалах незалежно від їхніх властивостей.
Розкрій і різання матеріалів.Застосування лазера при розкрої і різанні зараз дуже поширено, тому що одночасно з високою точністю обробки забезпечується значна економія матеріалу за рахунок дуже малої ширини різа і раціональної системи розкрою в порівнянні з традиційними технологіями. При цьому ефективність вирізування виробів складного профілю при звичайної вирубною штампуванню листових виробів.
Лазерної розкрій матеріалів широко використовується в сучасної автомобільної, аерокосмічний, суднобудівної, електротехнічної промисловості, сільськогосподарському машинобудуванні, легкої промисловості. Останнім часом розвивається і досить специфічне застосування лазерного розкрою, наприклад, в енергетичній промисловості. Так, на атомних станціях при виконання монтажних і ремонтних робіт устаткування часто виникає потреба в дистанційній обробок (різанню) різних металевих виробів при високих рівнях радіації. Яскравим прикладом специфічних можливостей лазерного різання є розробка лазерного комплексу для проведення демонтажних робіт в об'єкті "Укриття" Чорнобильської атомної станції.
Зварювання.Завдяки високій концентрації енергії і можливості досить гнучкого керування нею в просторі і часі лазерний промінь став універсальним термічним джерелом для виконання нероз'ємних з'єднань з різних матеріалів. В даний час з його допомогою можна з'єднати тонкий провідник з металевою мікро плівкою. Лазерним променем можна зварювати і сталеві деталі товщиною більш десятка сантиметрів з досить високою якістю з'єднання, якого не можна досягти іншими методами зварювання. Крім з'єднань сталей різних типів, лазерна технологія виявилася дуже ефективної при зварюванні алюмінію й алюмінієвих, а також титанових сплавів. Завдяки можливості дуже якісного зварювання металевих аркушів різної товщини створена нова технологія штампування великогабаритних деталей складної просторової форми з різної товщини листових заготівель.
Маркірування, гравіювання, нанесення і зчитування інформаційних знаків.На відміну від традиційних методів лазерна технологія дозволяє проводити маркірування на будь-яких матеріалах безконтактна і з дуже великою швидкістю при забезпеченні надзвичайно високої якості. Його можна проводити не тільки на поверхні, але й усередині обсягу матеріалу, прозорого для лазерного променя.
Виконання художні написів, малюнків, різних гравірованих робіт добре зарекомендувало себе в ювелірній промисловості, при виготовленні сувенірних виробів з металу, дерева, скла, каменю...