Основы технологии светолучевой обработки

Технологические генераторы когерентного светового излучения (в основном газовые и твердотельные) имеют мощность непрерывного излучения до нескольких сотен киловатт и энергию отдельного импульса до нескольких сотен джоулей.

Технологические преимущества светолучевой обработки:

1) возможность передачи энергии в виде светового луча на расстоянии в любой оптически прозрачной среде;

2) отсутствие механического и электрического контакта между источником энергии с изделием в месте обработки;

3) наличие высокой концентрации энергии в пятне нагрева;

4) возможность плавной регулировки плотности лучистого потока в пятне нагрева изменением фокусировки луча;

5) возможность получения как импульсов энергии весьма малой длительности (до 10^-9 с), так и непрерывного излучения перемещением луча с высокой точностью и скоростью с помощью систем развертки при неподвижном объекте обработки.

Особенностью лазерной обработки является интенсивный локальный разогрев обрабатываемого материала. Интенсивность нагрева определяется глубиной проникновения излучения в материал δ и толщиной прогретого путем теплоправодимости слоя , где а - температуропроводность материала; τ - длительность воздействия лазерного излучения.

В зависимости от назначения в состав лазерной технологической установки кроме лазера могут входить оптико-механический блок устройство управления лазерным излучением, устройство измерения и стабилизации параметров излучения, блок охлаждения, устройство автоматики, сигнализации и т.д. (рис. 11.2).

Мощные лазеры применяются в технологических процессах обработки различных материалов. В частности, с их помощью производят сварку, закалку, резку и сверление различных материалов без возникновения в них механических напряжений и с очень большой точностью, вплоть до нескольких длин световых волн. Лазерами обрабатывают материалы практически любой твердости, металлы, алмазы, рубины и т.д.

Газолазерная резка основана на разделении материала под воздействием выделяющейся в нем теплоты с поддувом в зону резки газа, который удаляет продукты разрушения и инициирует при разделении материалов химическую реакцию. Этот способ резки целесообразен для обработки дорогих металлов и сплавов, поскольку из-за небольшой ширины реза ей свойственны минимальные отходы. Она широко применяется в электронной и микроэлектронной промышленности при производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. Успешно применяется лазерная резка в текстильной промышленности.

Лазерная сварка наиболее эффективна в микроэлектронике. С ее помощью производят соединение плоских выводов с монтажом печатных плат. Лазерная сварка применяется и при герметизации металлических корпусов интегральных схем. Высокая локальность и кратковременность нагрева при импульсной лазерной сварке позволяет понизить температуру в наиболее чувствительных к нагреву элементов интегральной схемы.

С помощью лазерной сварки можно соединять металлы с различными теплофизическими и химическими свойствами, а также с неметаллами. Она может применяться для сварки крупногабаритных деталей и узлов.