Лазерные технологические установки для поверхностной обработки

Из разнообразных типов оптических квантовых генераторов, часто называемых просто лазерами, для обработки материалов в основном используются твердотельные и газовые лазеры. В твердотельных лазерах генерация излучения осуществляется в твердом активном элементе, в качестве которого используются стержни из кристалла искусственного рубина, стекла с примесью редкоземельного элемента неодима (Ст-Nd) или иттрий-алюминиевого граната с добавкой неодима (ИАГ-Nd). В газовых лазерах в качестве активной среды используются различные газы и смеси газов. Наиболее распространены газовые лазеры на диоксиде угле рода СО₂.

Указанные типы лазеров обладают большой выходной мощностью, относительно высоким КПД, стабильностью параметров излучения и в связи с этим находят все большее применение в промышленности. Различают технологические лазеры импульсно-периодического и непрерывного режима генерации излучения.

Твердотельные лазеры с активным элементом в виде рубинового стержня обычно работают в импульсно-периодическом режиме излучения с длительностью импульсов t ~ 10^-3 - 10^-9 с на длине волны l = 0,69 мкм. Энергия излучения в импульсе составляет Е= 10^-2 - 10³ Дж при максимальной частоте повторения импульсов F = 10 Гц.

В лазерах Ст-Nd и ИАГ-Nd активный элемент представляет собой кристаллическое (иттрий-алюминиевый гранат) или аморфное (стекло) вещество, в которое путем легирования введены примесные ионы Nd³⁺, генерирующие лазерное излучение.

Твердотельные лазеры с использованием неодима генерируют излучение на длине волны l= 1,06 мкм, но отличаются высокими (до 10⁷ Вт) значениями мощности излучения в импульсе при импульсно-периодическом режиме генерации. Частотный режим работы современных твердотельных неодимовых лазеров изменяется в пределах (0,05 - 50,0) 10³ Гц, сохраняя среднюю мощность 20 - 50 Вт при весьма высоком для твердотельных лазеров электрооптическом КПД, равном 4 - 7%. При низких частотах (0,1 - 1,0 Гц) эти лазеры способны генерировать энергию в десятки джоулей в импульсе при длительности импульса порядка 100 мкс.

Отличительной особенностью твердотельных лазеров на иттрий-алюминиевом гранате является возможность генерации излучения не только в импульсно-периодическом, но и в непрерывном режиме.

Однако средняя мощность излучения даже лучших твердотельных лазеров ограничена малыми линейными размерами синтетических кристаллов и низкой теплопроводностью, затрудняющей охлаждение активных элементов.

В лазерной обработке материалов наступил новый перспективный этап в связи с созданием газовых лазеров, способных развивать в настоящее время большую среднюю мощность в непрерывном и импульсно-периодическом режимах генерации.

В газовых лазерах активной средой является чистый газ, смесь нескольких газов или смесь газа с парами металла, возбуждаемые электрическим разрядом, при протекании химических реакций, либо в процессе адиабатного истечения нагретого газа через сверхзвуковое сопло. В соответствии с этим различают газовые лазеры электроразрядные, химические и газодинамические.

Химические лазеры на уровне современных представлений сложны в эксплуатации и пока не находят широкого технологического применения. Аналогичным образом не применяются для обработки материалов в настоящее время и газодинамические лазеры, имеющие низкий КПД (0,1 – 1%).

Дата добавления: 2014-01-04