ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лазер — инструмент для сварки и обработки материалов из "Технология металлов Издание 2 " Одним из новейщих достижений в области сварки и обработки материалов является применение оптических квантовых генераторов — лазеров, дающих световые лучи с высокой плотностью энергии. Они находят щиро-кое применение для сверхдальней связи, в медицине, в металлургическом и сварочном производстве, при обработке материалов (пробивке отверстий, снятии металла, калибровке деталей), в химических процессах с целью получения новых веществ и т.д. [c.632] Оптические усилители различают по двум признакам длине волны излучения и агрегатному состоянию. При классификации по первому признаку усилители разделяют на лазеры и мазеры. Первые работают в области видимой части электромагнитного спектра (света), вторые — в области инфракрасного излучения или радиочастот. По агрегатному состоянию оптические усилители разделяют на твердые с пульсирующим или непрерывным излучением и газовые с непрерывным излучением, жидкостные (в качестве излучателя используют растворы окиси неодима, красители и др.). [c.632] Продолжительность импульса — тысячные и миллионные доли секунды. При работе в импульсном режиме мощность в импульсе достигает нескольких киловатт, при непрерывном излучении мощность не превышает нескольких милливатт. Последнее объясняется главным образом проблемой охлаждения лазеров. [c.632] Лазерная установка состоит из генератора, блока питания, стола с конденсаторами и стереоскопического микроскопа. [c.632] Генератор предназначен для преобразования энергии, запасенной в блоке конденсаторов, в узконаправленный, монохроматический, когерентный световой пучок. [c.632] Внутри осветительной камеры 1 находится кристалл рубина 2 (рис. 326,а). Параллельно кристаллу З станов-лена импульсная лампа 5, к которой подведено высокое напряжение. Внутренняя поверхность камеры отполирована и является отражателем света. В камеру подается сжатый воздух для охлаждения кристалла рубина. [c.633] Оптическая система, служащая для формирования и направления на место сварки излучения испускаемого кристаллом рубина, состоит из призмы 4, линзы и сменного объектива 5. Наведение на место сварки (рис. 326, б) осуществляется с помощью оптического устройства, состоящего из осветителя 6, призмы 7 и конденсаторной линзы 8. Луч света от осветителя проходит через рубин и оптическую систему генератора, имитируя прохождение излучения от кристалла. Стереоскопический микроскоп 9 используют для наблюдения за местом сварки. Затвор 10 служит для защиты глаз оператора в момент вспыщки и приводится в движение электромагнитом. [c.633] Принцип действия лазеров, в частности и лазера описываемого типа, объясняется при помощи квантовомеханической модели строе-кия вещества. [c.633] Атомы вещества обладают в устойчивом состоянии минимальными величинами энергий, соответствующих определенным энергетическим уровням. Если атом переходит в какое-либо другое энергетическое состояние, например в результате подвода энергии извне, то такой атом называется возбужденным. В течение определенного времени атом может находиться в возбужденном состоянии, после чего переходит на более низкий энергетический уровень или даже в исходное состояние. Каждый такой переход связан с излучением оп- еделенного кванта электромагнитной энергии. Каждой разности энергетических уровней соответствует определенная частота излучения (цвет в видимой части спектра). Если какой-то определенный тип атомов совершает переход только между двумя энергетическими уровнями, то излучение имеет только одну частоту, т. е. является монохроматичным. [c.633] В лазерах первые самопроизвольно излученные фотоны взаимодействуют с ранее возбужденными атомами и стимулируют более быстрый переход последних в исходное состояние с излучением новых фотонов. [c.634] Это явление называют индуцированной эмиссией в отличие от так называемой спонтанной эмиссии при флуоресценции. Поток фотонов, параллельных оси кристалла, отражаясь последовательно от его граней, непрерывно нарастает до тех пор, пока интенсивность его не станет достаточной, чтобы он смог пройти через полупрозрачную торцовую грань. [c.634] Материалом для твердых лазеров может служить не только рубин, но и стекло с добавкой неодима, фтористый кальций с добавкой урана, фториды, барий или кальций и некоторые другие материалы. Для газовых лазеров используют смесь гелия и неона, аргон, криптон или ксенон, заключенные в стеклянную герметичную трубку. Возбуждение газовой среды осуществляется радиочастотным электрическим полем. [c.634] Лазер является тепловым источником с примерно такой же плотностью энергии, как и у электронного луча. Удельная мощность луча лазера при энергии 1 Дж, длительности импульса 1 мкм-с и диаметре 0,12 мм равна 9-10 Вт/см . При уменьщении диаметра луча удельная мощность может быть доведена до 10 Вт/см . [c.634] Однако коэффициент полезного действия современных лазерных установок с твердым кристаллом еще низок и не превышает 2%. В результате охлаждения кристалла до —193ч—203° С коэффициент полезного действия можно повысить в два-три раза, однако это существенно не улучшает работу лазера. [c.634] Лазер выгодно отличается от электронного луча тем, что позволяет обрабатывать материалы в любой среде, передающей лучи света в вакууме, в атмосфере инертных газов, на воздухе. Можно обрабатывать детали, помещенные в герметичные стеклянные ампулы или в камеры. В последнем случае луч проникает в камеру через стеклянное окно. [c.634] С помощью луча лазера можно получать интенсивные и остронаправленные пучки света и концентрировать энергию на очень малые площадки, равные тысячным долям миллиметра. Больщая плотность мощности, локальность нагрева, малая зона термического влияния уменьшают деформацию изделий и позволяют выполнять сварку вблизи термочувствительных элементов. Наиболее целесообразно применение сварки лазером при получении микросоединений. [c.635] Лазерным лучом можно сваривать самые различные композиции металлов, используемых в микроэлектронике золото — кремний, германий — золото, никель — тантал, медь — алюминий и др. Кроме того, лазер используют для резки кремниевых и германиевых пластин на отдельные элементы. При резке применяют лазеры непрерывного действия. Применение лазеров для обработки металлов см. в разделе VI, гл. 11. [c.635] Вернуться к основной статье