Сварка лазерным лучом

Сущность процесса заключается в том, что для сварки и других видов обработки применяют световые лучи с высокой плотностью энергии (ø_пятна =0,25 – 0,05мм) которые излучаются с помощью оптических квантовых генераторов (рис. 2.2). В основу принципа работы оптического квантового генератора и усилителя положено индуцированное излучение, которое связанно с поглощением электромагнитных волн или фотонов атомными системами. При поглощении фотона его энергия передается атому, который переходит в возбужденное квантовое состояние. Через некоторый промежуток времени атом может спонтанно излучать эту энергию в виде фотона и возвращаться в исходное состояние. Пока атом находится в возбужденном состоянии его можно побудить испустить фотон под воздействием внешнего фотона – падающей волны, энергия которого в точности равна энергии фотона, испускаемого при спонтанном излучении. Такое излучение называется индуцированным. В результате падающая волна усиливается волной, излучаемой возбужденным атомом. Важным в этом процессе является то, что испускаемая волна в точности совпадает по фазе с той, под действием которой она возникла. Это явление используется в квантовых генераторах. Они преобразуют электрическую, световую, тепловую, химическую энергию в монохроматическое когерентное излучение электромагнитных волн ультрафиолетового видимого и инфракрасного диапазона.

Рис. 2.2. Оптический квантовый генератор

Плотность энергии в фокусе может достигать 5*10³кг/мм² при диаметре пятна 0,01 - 0,05мм.

Рубин – искусственный минерал - окись Al, в котором небольшое число атомов Al замещено атомами хрома. В бледно-розовом рубине 0,05%Cr.

Рубиновый стерженек помещают вблизи электронной лампы - вспышки или специальной индукционной катушке, являющейся источником широкополосного света для оптической накачки.

Квантовые генераторы преобразуют электрическую, световую, тепловую или химическую энергию в монохроматическое, когерентное. (согласованное во времени, т.е. между фазами имеется неизменное соотношение) излучение.

Излучателями могут быть твердые тела, (рубин, гранат с эрбием), жидкости (например, раствор окиси ниодима), газы – водород, азот, углекислый газ.

Работает лазер в импульсном и непрерывном режимах.

Для осуществления сварки необходимо, чтобы импульсы имели максимальную длительность при минимальных интервалах. КПД лазера на бледно – розовом рубине составляет до 0,2%.

Существующие сварочные лазеры позволяют получать частоту повторения импульсов от 1 до 100 в мин.

Сварка лазером выгодно отличается от ЭЛС т.к. выполняется в любой среде и на открытом воздухе.

Область применения: Высокая плотность энергии лазерного луча позволяет нагревать практически все металлы до кипения.

На практике мощность импульсов при сварке нужно ограничивать т.к. испарение металла шва из сварочной ванны может снизить качество сварного соединения.

Таблица 2.1

Параметры режимов сварки стыковых соединений лазером на СО₂

Металл	Толщина, мм	Ширина шва, мм	Скорость, мм/с	Мощность, Вт
Нерж.сталь	0,125	0,45
0,25	0,7
Никель	0,125	0,45
Титан	0,125	0,37
0,45	-

На мощных установках на СО₂ можно сваривать стальные заготовки толщиной до 10-15 мм.

Однако лазером можно сваривать и очень тонкие элементы (спирали, полукольца, диаметром несколько десятков микрометра).

Широкое применение лазерная сварка находит в радиоэлектронике, например при сварке контактов проводников на микроплатах.

Можно сваривать различные композиции металлов – золото+кремний, серебро+латунь, медь+алюминий и т.д.

Лазером можно производить резку, прошивку отверстий в любых материалах толщиной от 0,5 до 10 мм методом прямого испарения. Место реза высокого качества по чистоте и точности и может выполнятся в любых пространственных положениях.

Дата добавления: 2014-11-06