Лекции по физико-химическому процессу обработки

       Лекция  №14

       Лучевые методы обработки.

       Лазерная  обработка.

       Схемы обработки.

       Возможности лазерной обработки. 

       Лучевые методы обработки 

       К этим методам относится лазерная обработка.

       Механизм  схема при лазерной обработки  в тепловом действии на локальный участок поверхности высококонцентрированным потоком энергии и используется резания и сварки материалов, для обработки отверстий, для термообработки тонких металлических и неметаллических пленок. Кроме этого, лазерные методы обработки используются в комбинации с другими методами физико-механическими процессами.  В этом случае они используются как интенсифицирующий фактор.

       Эта схема себя очень хорошо оправдывает. Лазеры используются в машиностроении для измерения размеров, как заготовок, так и деталей особенно малых размеров, а также для оценки перемещения подвижных частей станков. 

Классификация лазеров

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Непрерывное излучение используется при контурной  резке заготовок, требует большой  мощности, но малой эффективности  при объемном формообразовании. Для этого применяют импульсные лазеры, которые получать отверстия диаметра менее 10 мкм на глубину 0,3-0,4 мм.

       Малая мощность используется при измерениях и сварке микрообъектов.

       Лазеры  средней мощности используется для сварки, резки, объемного формообразования при небольших глубинах обработки (лазерное гравирование).

       Лазеры  большой мощность используют при разрезании заготовок толщиной 100 и более мм из трудно обрабатываемого материалов, а также при объемном формообразовании достаточно больших полостей.

       Наибольшее  распространение получили твердотельные  и газовые лазеры (ТТ и Г). 

Структурная схема лазерных технологических  установок. 

         

       Основным  источником энергии, обеспечивающим процесс обработки является оптический квантовый генератор 1. Лазерное излучение 2 формируется оптической системой 3. Световой пучок с определенными пространственными характеристиками  и направляется на обрабатываемый объект 4. Устройство 5 обеспечивает фиксацию обрабатываемого объекта на рабочей поверхности с необходимой точностью и перемещением в процессе обработки по заданной траектории. Устройство 6 представлено для тех процессов сварки, которые требуют в процессе обработки подачи в рабочую зону специальных средств. Например, инертного газа. Источник вспомогательной энергии 7 служит для ввода в зону дополнительной энергии. Например, электромагнитной, ультразвуковой, что обеспечивает либо увеличение производительности процесса, либо качества и точности обрабатываемой поверхности. Установки снабжаются программными установками 8, управляющими перемещение заготовки и луча, при этом с помощью датчиков 9 контролируются параметры излучения, а с помощью датчика 10 контролируют технологические параметры обработки.

       Существуют 2 основных схемы лазерного воздействия  на поверхность, при которой:

• интенсивность лазерного излучения при перемещении луча вдоль поверхности не изменяется.
• интенсивность излучения в различных точках поверхности изменяется по программе.

 

Структурная схема импульсного твердотельного лазера

       

 

(схема ТТ лазера) 

Блок  питания 1 обеспечивает зарядку накопителя энергии 2 питающего импульсную лампу  накачки излучателя 3

Система управления 4 осуществляет регулирование  и управляет разрядом через блок отжига лампы 5. Система охлаждения 6 служит для отвода тепла от элементов излучателя. 

Структурная схема оптико-квантового генератора (ОКГ) с  прокачкой газа.  

       

 

Схема газового лазера 

Система подачи рабочих газов 1 обеспечивает заполнение газоразрядной трубки излучателя 2 смесью заданного состава. Требуемое разряжение в трубке создается с помощью форвакуумного насоса. Источник питания 3 содержит элементы управления и регулирования режимов излучателя 4. При этом трубка охлаждается специальной системой 5. 

Излучатели  твердотельных лазеров. 

       У излучателя выделяют 3 части:

1. Активный  элемент;

2. Осветительная  система;

3. Резонатор. 

       

       Схема излучателя ТТ лазера 

       В качестве активных элементов 1 применяют  стержни из рубина, стекла алюмоиттриевого  граната. В зависимости от решаемой технической задачи применяют один из выше перечисленных материалов. Осветительная система 2 состоит из импульсной лампы и отражателя, которые характеризуют эффективность концентрации излучения лампы на активном элементе, степень однородности светового поля и срок службы системы. В зависимости от отражательной способности материала в сочетании с системой охлаждения добиваются коэффициента отражения 0,9-0,94. Резонатор 3 лазера определяет пространственную структуру, спектральный состав и направленность излучения. В технических установках применяют плоские и сферические резонаторы или зеркала. Основными  требованиями к резонаторам являются:

1. Наличие высокого коэффициента отражения.
2. Минимальный коэффициент поглощения световой энергии.

       От  этих параметров зависит добротность  резонаторов и стойкость зеркал к воздействию излучения.

        

       В настоящее время наибольшее распространение среди газовых лазеров получили  так называемые молекулярные лазеры на углеродистом газе и азоте, и их смесях. Газовая смесь возбуждается в режиме тлеющего разряда, который обеспечивается высоковольтными импульсными разрядами, например в азотном лазере.

       Газовые излучатели подобно твердым состоят  из резонатора с расположенными между зеркалами активным элементом, газоразрядных труб. Однако особенность газовых лазеров заключается в том, что мощность излучения зависит от длины активного элемента. В связи с этим для уменьшения габаритов используются система свертывания лазера.

       В газовых излучателях возможно два  варианта расположения зеркал относительно активного элемента:

• Снаружи элемента;
• Внутри элемента.

       Газовые лазеры могут работать как в импульсном, так и в постоянном режимах. Применяются резки, сварки, объемного формообразования и т.д.