Лазерное плавление

При повышении интенсивности лазерного излучения одновременно с плавлением будет происходить интенсивное испарение (кипение) материала. Часть вещества превратится в пар, вследствие чего на поверхности металла возникает лунка, начинается процесс формирования отверстия (рис. 18.3, б). [c.295]

Говоря о действии луча на вещество, мы имели в виду концентрацию световой мощности лишь в пространстве (ведь интенсивность луча есть мощность, отнесенная к единице площади его сечения). Надо, однако, учитывать и концентрацию мощности во времени. Ее можно регулировать, изменяя длительность одиночных лазерных импульсов или частоту следования импульсов (если генерируется последовательность импульсов). Предположим, что интенсивность достаточна для того, чтобы металл не только плавился, но и кипел при этом излучение лазера представляет собой одиночные импульсы. В данном случае в материале поглощается значительная световая энергия за очень короткое время. За такое время поверхность расплава не успевает переместиться в глубь материала в результате еще до того, как расплавится сколько-нибудь заметная масса вещества, начнется его интенсивное испарение. Иными словами, основная часть поглощаемая веществом световой энергии лазерного импульса расходуется в подобных условиях не на плавление, а на испарение. [c.296]

Для повышения твердости поверхности применяют также лазерное легирование. Легирующие присадки в виде порошка предварительно наносят на обрабатываемую поверхность. При облучении лазером поверхности заготовки происходит плавление и взаимное перемешивание порошка и материала заготовки в пределах тонкого поверхностного слоя. [c.298]

Когда начинается плавление металла при воздействии на него лазерного луча, а также интенсивное испарение , кипение [c.307]

Создание лазеров позволило широко применять их в различных исследованиях, для передачи информации и связи, измерения расстояний с большой точностью. Особое место занимает лазерная Технология как группа процессов, использующих мощное излучение лазера для нагрева, плавления, испарения, сварки и резки материалов. Это направление начало развиваться с 60-х годов и в настоящее время лазер рассматривают как один из наиболее перспективных лучевых источников энергии. [c.115]

Лазерная сварка как технологический процесс, связанный с локальным плавлением, находит все более широкое применение, конкурируя как с традиционными способами сварки, так и с электронно-лучевой сваркой. [c.127]

Резка материалов лазерным излучением может быть основана на локальном плавлении материала и его дальнейшем удалении под действием сил тяжести, конвективного потока или газовой струи. Если же расплавленный материал перегрет и упругость его паров достаточно высока, образующиеся при этом пары могут быть удалены из зоны резки струей инертного газа, и процесс резки может происходить более эффективно. [c.128]

В настоящем разделе не приводится расчет режимов сварки с использованием высококонцентрированных источников плавления (электронного и лазерного луча, а также плазменной д> ги). Основное внимание здесь сосредоточено на ручной дуговой сварке (РДС). сварке под (1)люсом, в среде защитных газов и электрошлаковой сварке сталей. [c.27]

Воздействие высокоэнергетического когерентного излучения на материалы как технологический метод характеризуется широкими потенциальными возможностями обработки металлов и сплавов. Особенностями метода лазерной обработки являются локальность и высокая концентрация подводимой энергии. Используемый диапазон плотностей мощности лазерного пучка находится в пределах Wp = 10 -10 Вт/см . Разработаны перспективные технологии обработки поверхности материалов, позволяющие осуществлять плавление, термо-упрочнение и легирование приповерхностных слоев конструкционных и инструментальных материалов. Варьируя технологическими параметрами, можно обеспечить изменение скоростей нагрева и охлаждения, размеров зон обработки, формировать структуру материалов и получать модифицированные слои с требуемыми свойствами. [c.255]

К сварке плавлением относятся следующие способы дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая, термитная, а к сварке давлением — контактная, диффузионная, холодная, ультразвуковая, взрывом и др. [c.51]

Рассмотренные зависимости описывают температурное состояние в зоне воздействия лазерного излучения при плотностях мощности, приводящих лишь к нагреву или плавлению материала, но не к испарению или другим видам разрушения. Режим работы лазера, при котором происходит испарение металла, используется для прошивки отверстий, резки материала, балансировки и т. п. [8,25,41]. [c.11]

Учитывая, что процесс лазерного легирования наиболее эффективно реализуется в жидкой фазе компонентов при их равномерном перемешивании, можно расчетным путем оценить максимальную концентрацию элемента в легируемой зоне. При этом предполагается, что контур расплавленной зоны при воздействии импульсного излучения представляет собой параболоид вращения с образующей, соответствующей изотерме плавления материала. Приняв обозначения Кг и соответственно для концентрации элемента в предварительно нанесенном слое и объема этого слоя, а также Кз и Уз соответственно для концентрации легирующего элемента в расплавленном объеме матрицы и объема расплавленного металла, запишем следующее уравнение [c.33]

На рис. 55 представлено распределение остаточных напряжений в поверхностном слое стали 45, подвергнутом лазерному воздействию при различных интенсивностях облучения. Анализ эпюр макронапряжений показал, что величина и характер их распределения по глубине упрочненного слоя в большой мере зависит от плотности мощности лазерного излучения. При малых плотностях мощности, когда обрабатываемый материал нагревается до температур, ниже температуры плавления, т. е. когда не происходит фазовый переход, в поверхностном слое развиваются довольно большие растягивающие напряжения, причем область их распространения соизмерима с ЗТВ. Следует также отметить наличие большого градиента остаточных напряжений на границе зоны лазерного воздействия и исходного материала. [c.83]

На рис. 59 показана зависимость поглощательной способности материалов от их электропроводности [52], полученная при комнатной температуре и при температуре плавления материала Т (сплошной линией показана расчетная зависимость). Поглощательная способность отполированных материалов в состоянии поставки пропорциональна величине С — корню квадратному из удельного сопротивления исследуемых материалов. Более 85% попадающего лазерного излучения отражается поверхностью материала. Поглощательная способность может быть существенно повышена путем различных видов специальной обработки поверхности обработки шлифовальной бумагой, покрытием неметаллической тонкой пленкой, металлическим или неметаллическим порошком, предварительным облучением сфокусированным лазерным лучом. [c.88]

Для того, чтобы обеспечить плотность мощности излучения, не превышающей уровня, при котором может произойти плавление или испарение материала, излучение дефокусируют путем смещения поверхности образца относительно фокальной плоскости 2 фокусирующей линзы на расстояние Vf (рис. 71), определенное экспериментально. При диаметре лазерного луча на выходе из лазерной полости, равном 24 мм, фокусном расстоянии фокусирующей линзы = 254 мм, расходимости лазерного излучения 1,4 мрад и расстоянии Af = 14 мм площадь облученного пятна на поверхности алюминия составляла 0,005 см (резонатор был отрегулирован таким образом, что облученное пятно имело приблизительно прямоугольную форму с размерами по осям X — V соответственно = 0,1 см Sy = 0,5 см). На рис. 72 показано соотношение между [c.94]

В возрастающем общем объеме машиностроительной продукции все большее место занимают изделия, изготовленные из специальных материалов, которые, как правило, трудно поддаются обработке традиционными методами. Эти методы, требующие громоздкого и энергоемкого оборудования, оказываются неэффективными еще и потому, что в общей стоимости изделия именно стоимость материала составляет основную долю, т. е. целесообразно применять способы обработки с наиболее экономичным использованием дорогостоящих материалов. В этих целях инженеры и конструкторы разрабатывают ловые технологические процессы, основывающиеся на последних достижениях науки. В первую очередь речь идет о технологическом применении лазерной техники. Сфокусированный луч лазера создает локализованное Б малой области сверхвысокое давление и температуру, достаточную не только для плавления обрабатываемого материала но и для его испарения. Существенное преимущество лазерной технологии — относительная простота управления траекторией и интенсивностью луча, его доставки в нужное место с помощью системы зеркал. [c.11]

До появления лазеров основными тепловыми источниками для технологической обработки материалов являлись газовая горелка, электродуговой разряд, плазменная дуга и электронный поток. С появлением лазеров, излучающих большую энергию, оказалось возможным создавать на обрабатываемой поверхности высокие] плотности светового потока. Роль лазеров как световых источников, работающих в непрерывном, импульсном режимах или в режиме гигантских импульсов, состоит в обеспечении на поверхности обрабатываемого материала плотности мощности, достаточной для его нагревания, плавления или испарения, которые лежат в основе лазерной технологии. [c.104]

Поскольку в процессе обработки материалов происходит взаимодействие излучения лазера с веществом, очень важным вопросом является выбор параметров как первого, так и второго. При использовании лазера не только пространственная когерентность и мощность излучения играют определяющую роль, но и генерируемая длина волны, которая должна рассматриваться в сочетании с поглощательной способностью обрабатываемого материала. Требуется определенный режим работы лазера для того, чтобы получить эффекты нагревания, плавления или испарения при имеющемся сочетании лазер—материал. Существенное влияние на диаметр лазерного пятна, создаваемого оптической системой, оказывает модовый состав излучения лазера. [c.104]

Таким образом, процесс взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемым материалом хорошо описывается тепловой моделью и разделяется на следующие стадии поглощение света с последующей передачей энергии тепловым колебаниям решетки твердого тела нагревание материала без разрушения, включая и плавление разрушение материала путем испарения и выброса его расплавленной части остывание после окончания воздействия. Нагревание и плавление используются при термообработке и сварке различных материалов, а на тепловом разрушении и выбросе расплавленной части основаны операции резки и сверления отверстий. [c.110]

При сверлении, так же как и при резании, свойства обрабаты-ваемого материала существенно влияют на параметры лазера, необходимые для выполнения операции. Сверление осуществляют импульсными лазерами, работающими как в режиме свободной генерации с длительностью импульсов порядка 1 мкс, так и в режиме с модулированной добротностью с длительностью в несколько десятков наносекунд. В обоих случаях происходит тепловое воздействие на материал, его плавление и испарение из зоны воздействия по модели, аналогичной процессу лазерной резки с неподвижным тепловым источником [см. формулу (103)]. [c.127]

Рис. 85. Зависимость плотности лучистого потока от длительности лазерных импульсов, требуемых для плавления и испарения в лазерном пятне различного диаметра на поверхности полубесконечной алюминиевой пластины

Для более эффективного использования энергетических характеристик СО 2-лазера свариваемые металлы покрывают тонкой пленкой хорошо поглощающего материала, например графита. В [168] приведены результаты сварки материалов с большим коэффициентом отражения при нанесении на них тонкой пленки других металлов, хорошо поглощающих лазерное излучение например, была произведена сварка пластин меди толщиной 0,48 мм, покрытых пленкой чистого никеля толщиной 0,04 мм (рис. 88, а, б). Видно, что плавление происходит по всей глубине свариваемого шва и при этом требуется лазерной энергии в три-четыре раза меньше, чем при сваривании пластин из чистой меди. На рис. 88, в показаны результаты сваривания цилиндров из нержавеющей стали. [c.137]

Основными процессами при лазерном сверлении неметаллических материалов, так же как и при резке, являются разогрев, плавление и испарение из зоны лазерного облучения. Для того чтобы обеспечить данные процессы, необходимо иметь плотности мощности 10 —10 Вт/см , создаваемые оптической системой в фокальном пятне. При этом отверстие растет в глубину за счет испарения материалов имеет место также оплавление стенок и выбрасывание жидкой фракции создаваемым избыточным давлением паров. [c.146]

В случае использования кремния свет поглощается и немедленно превращается в тепло. Если поглощенной энергии достаточно, то начинается плавление, и поскольку лазерный импульс короткий, то плавление становится локальным. Если энергия импульса будет увеличиваться, то температура может достигнуть точки испарения материала. При плотности мощности около 10 Вт/см температура в зоне воздействия увеличивается до 10 °С/с, а температурные градиенты до 10 ° С/см. Требуется около 5 НС после начала лазерного импульса для того, чтобы обрабатываемая поверхность достигла температуры испарения после 50 НС материал начинает плавиться на глубину до 2 мкм. Испаренный материал имеет более высокий коэффициент поглощения, чем этот же материал в твердом состоянии. После того как поверхностный слой испарен, с помощью лазерного луча мо- [c.154]

Л. в свободном виде представляют собой серебристые металлы, темп-ры плавления к-рых лежат в пределах 800—1700 °С. Они характеризуются сравнительно низкой электропроводностью, большинство из них парамагнитны. Gd, Dy и Ег при низких темп-рах обладают ферромагн. свойствами. При сплавлении Л. образуют твёрдые растворы (мишметаллы). Мн. соединения Л. применяют в качестве добавок при изготовлении спец. органич. стёкол, кристаллофосфоров, лазерных материалов, используют в атомной технике и т. д. [c.576]

Лазерная резка материалов может быть основана на различных процессах, а именно испарении материала, плавлении с удалением расплава из зоны обработки - и на химических реакциях, например, горении или термодеструкции. [c.252]

При лазерной резке в режиме испарения материал нагревается до температуры кипения, а его удаление происходит под давлением, возникающим в парокапельной фазе. Этот способ отличается наибольшими удельными энергозатратами, но эффективен при разделении неметаллов, а также металлических материалов малых толщин. Его осуществляют в основном с помощью твердотельных импульсных лазеров. Например, при разделении труднообрабатываемых материалов, таких как алюминий, керамика, композитные материалы, применение твердотельного лазера существенно повышает эффективность по сравнению с резкой этих материалов в режиме плавления и удаления расплава СОг-лазером мощностью до 5 кВт. [c.252]

Для образования равноосной микроструктуры при быстром затвердевании должны выполняться два условия [482] низкая скорость роста эпитаксиальных кристаллов, позволяющая получить переохлажденный расплав, и наличие достаточного количества центров зарождения в расплаве, обеспечивающее гетерогенное зарождение равноосных зерен. Эти условия были реализовны при лазерном плавлении специально приготовленных сплавов. [c.295]

В качестве источника теплоты при электрической сварке плавлением можно использовать различные источники — электрическую дугу (электродуговая сварка), теплоту шлаковой ванны (электрошлаковая сварка), теплоту струи ионизированных газов холодной пла. злгы (плазменная сварка), теплоту, выделяемую в изделии в результате преобразования кинетической энергии электронов (электронно-лучевая сварка), теплоту когерентного светового луча лазера (лазерная сварка) и некоторые другие. [c.4]

Технологическое оборудование для сварки когерентным световым лучом квантового генератора (лазера) или лазерной срарки используют в радио- и электронной промышленности. Благодаря острой фокусировке возможно сосредоточение очень большой тепловой энергии на площадках, измеряемых сотыми и тысячными долями миллиметра. Принципиально возможно создание лазера, пригодного для сварки очень толстого металла, но процесс плавления металла становится в этом случае практически неуправляемым. Поэтому в настоящее время лазерную сварку применяют для соединения металла сверхмалых толщин (металлическая фольга), проволок малого диаметра и т. п., т. е. изделий, которые не требуют разделки кромок. Основные типы сварных соединений — нахлесточные и стыковые. [c.16]

Обработка материалов лазерным луч м. Направим на поверхность какого-то материала, например металла, луч мощного лазера. Вообразим, что интенсивность излучения постепенно растет (за счет увеличения мощности лазера или за счет фокусирования излучения). Когда интенсивность излучения достигнет необходимого значения, начнется плавление металла. Вблизи гюверхности, непосредственно под световым пятном, возникает область жидкого (расплавленного) металла. Поверхность, отграничивающая эту область от твердого металла (ее называют поверхностью расплава), постепенно перемещается в глубь материала по мере гюглощення им световой энергии. При этом площадь поверхности расплава увеличивается и, следовательно, теплота начинает более интенсивно проникать в глубь материала за счет теплопроводности. В результате устанавливается поверхность расплава (рис. 18.3, а). [c.295]

В последние годы предприятиями России выпчскается значительное количество нового сварочного оборудования. Основу этого оборудования для сварки плавлением составляют источники питания для сварки штучными электродами, полуавтоматы и автоматы для сварки в среде защитных газов и под флюсом, а также установки для имп льсно-дуго-вой, плазменной и лазерной сварки и полуавтоматы и автоматы для термической резки. Наиболее систематизированные данные о сварочном оборудовании изложены в /7/. Выбор оборудования для сварочных операций в значительной мере определяется гфиня1Ъ1м способом сварки, но при этом необходимо руководствоваться следующими соображениями. [c.25]

Высокие температуры плавления, необходимость создания специальной и агрессивной атмосферы (сера) в зоне выращивания монокристаллов оксисульфидов сдерживают их использование в приборах квантовой электроники. Тем не менее эти материалы в виде по-ликристаллического порошка находят применение при нанесении покрытий на экраны цветных телевизоров и визуализаторов лазерного излучения. [c.76]

Диапазон плотностей мощности лазерного воздействия определяется верхним и нижним пределами, которые связаны соответственно с началом плавления и отпуска материала. При обработке на оптимальном режиме достигается наибольший упрочняющий эффект и глубина модифицированного слоя. Следует отметить, что из-за различающихся химических составов модифицируемых сталей и сплавов, несоблюдения режимов предварительной термической обработки рекомендуется использовать образцы-свидетели для каждой партии облучаемых изделий. Образцы-свидетели необходимы для конкретизации режимов лазерного термоупрочнения и исключения разупрочняю-щих эффектов. Подбор режимов лазерного воздействия проводят, исходя из размеров обрабатываемого образца или изделия. При выборе схемы обработки и соответствую1цего технологического оборудования [145] (табл. 8.4) учитывают геометрию изделия и возможности локал1,ного термоупрочнения [c.259]

При использовании лазерного излучения для локального изменения свойств конструкционных материалов температура на поверхности материала обычно не должна превышать температуру плавления или температуру испарения. Задаваясь определенной плотностью мощности для заданной длительности лазерного импульса, можно по формуле (4) определить глубину нагрева материала до необходимой температуры структурных превращений или до температуры плавления, предварительно приняв, что температура на поверхности в центре луча равна температуре плавления [Т х, 2, ) = Т (0, о, ) = Тпл или температуре испарения [Т (х, г, () = = Т (0, о, о = Тиеп). [c.10]

Один из таких элементов — контактная пружина из фосфорной бронзы. Она изготовляется из листового материала, прокатанного с целью получения определенной толщины и твердости материала. Для установки пружины на посадочное место термокомпрессионным методом ее конец должен быть термически обработан для снижения твердости. Обычно это делается с помощью специальных приспособлений (масок) в печах, однако в этом случае на небольших деталях очень трудно локализовать процесс термообработки. Импульсное лазерное технологическое оборудование позволяет подводить строго дозированное количество тепловой энергии к тому участку детали, который нуждается в отпуске [82]. Участок обрабатываемой пружины, подлежащий отпуску, имеет следующие размеры толщина 0,2 мм, ширина 0,7 мм и длина 2,54 мм. Обработка концов пружины проводилась импульсами на алюмоиттриевом гранате с энергией до 16 Дж при длительности импульсов 10 мс и 20 мс. Диаметр пятна фокусирования излучения составлял 0,7 мм. Энергия импульса 16 Дж являлась пороговым значением, выше которого начинался процесс нежелательного плавления материала. Испытания пружины, обработанной лазерным излучением, дали положительные результаты, что свидетельствует о перспективности использования импульсных ОКГ для выполнения операций разупрочнения материала. [c.112]

В последнее время интенсивно разрабатьшается новый метод получения износостойких покрытий — лазерная наплавка твердых соединений. Высокие твердость,и температура плавления, сравнительная дешевизна и доступность карбида титана сделали этот материал наиболее подходящим для этого метода [220]. [c.164]

В результате расплавления металлических деталей по примыкающим поверхностям под действием мощного лазерного излучения и последующей кристаллизации этого расплава образуется сварное соединение, основанное на межатомном взаимодействии. Тйким образом, лазерная сварка, как и дуговая, плазменная и электронно-лучевая, относится к методам сварки плавлением высококонцентриро-ванными источниками энергии. [c.245]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...