Энергетические условия

Лазерная обработка материалов основана на возможности лазерного излучения создавать на малом участке поверхности высокие плотности теплового потока, необходимые для интенсивного нагрева или расплавления практически любого материала. При воздействии на поверхность обрабатываемых металлов и сплавов лазерное излучение частично отражается от неё, а остальной поток излучения проникает на незначительную глубину. Эта энергия лазерного излучения практически полностью поглощается электронами в приповерхностном слое толщиной 10^-6…10^-7 м. Вследствие этого резко повышается электронная температура Т_е, тогда как температура кристаллической решётки Т_i остаётся незначительной. Интенсивность отражения лазерного излучения при воздействии на поверхность твёрдого тела определяется коэффициентном отражения, зависящим от материала и длины волны излучения. В табл. представлены значения коэффициентов отражения, при нормальном падении луча и при комнатной температуре. Таблица

Характеристика лазера	Коэффициент отражения при комнатной температуре
активное вещество	длина волны излучения, мкм	Au	Cr	Ag	Ni
Ar	0,488	0,415	0,437	0,952	0,597
Рубин	0,694	0,930	0,831	0,961	0,676
ИАГ-Nd	1,064	0,981	0,901	0,964	0,741
СО2	10,6	0,975	0,984	0,989	0,942

Из данных таблицы следует, что наиболее высоким коэффициентом отражения характеризуется воздействие излучения технологически перспективных СО₂ - лазеров. Высокий уровень отражения создает на первый взгляд бесперспективную ситуацию с возможностью использования СО₂-излучения для обработки металлов. Однако решающим обстоятельством является увеличение поглощательной способности с ростом температуры обрабатываемой поверхности.

Решающим фактором, определяющим эффективность лазерного излучения металлами, является состояние поверхности. С ростом оксидной плёнки на поверхности металла коэффициент поглощения СО₂-излучения возрастает в несколько раз. На практике же не всегда оправдана технологическая операция увеличения шероховатости поверхности с целью повышения эффективности лазерной обработки. При поверхностной обработке более целесообразно нанесение покрытий для увеличения эффективности поглощения лазерного излучения, в особенности при обработке гладких шлифованных поверхностей.

При выборе покрытия следует руководствоваться рядом условий, среди которых основным является высокая поглощательная способность покрытия. Покрытие должно быть простым в изготовлении, дешёвым, легко наносимым на поверхность, обладать высокой адгезионной способностью, не токсичным и стабильным при хранении. Кроме этого, покрытие должно обладать достаточно высокой температурой плавления и испарения, а также высокой теплопроводностью для обеспечения подвода энергии к обрабатываемому металлу.
Обычно на практике находят применения различные типы покрытий, так как не предложено универсального покрытия, удовлетворяющего в равной степени основным требованиям.

Дата добавления: 2014-11-29