Лекция №9 Лазерная обработка

Физическая сущность

Возможности использования лазерного излучения в качестве универсального инструмента для обработки материалов определяются закономерностями протекания таких процессов и явлений, как поглощение излучения поверхностью материала, нагрев, плавление материала, его эрозия, образование зон термического влияния (ЗТВ), изменение напряженно-деформированного состояния, диффузия в условиях тепловых воздействий на материал и т. п.

В зависимости от плотности мощности излучения и длительности его воздействия на материал в процессе взаимодействия лазерного излучения с веществом можно выделить пять стадий (рис.28).

В настоящее время лазерный луч можно использовать для изготовления отверстий малых диаметров, контурно-лучевой обработки, устранения дисбаланса деталей при динамической балансировке, маркировки деталей и инструмента, выполнения других операций. Обработка первого типа, применяемая чаще всего, целесообразна в следующих деталях: диафрагмах, форсунках, ситах, часовых и приборных камнях, фильерах для изготовления синтетических волокон, алмазных волоках для протягивания микропровода и т. д.

История

Еще в 1940г сов. физик проф. Фабрикант В.А. теоретически обосновал возможность усиления света квантовой системой находящейся в возбужденном состоянии. В 50-тых годах эти положения им совместно с М.П. Вудынским и Ф.А. Будаевой были подтверждены экспериментально.

В 1954-1958гг. сов. ученые Н.Г. Басов и А.М. Прохоров свойств молекулярных лазеров. В это же время работы над созданием первых лазеров велись в США Ч. Таунсом.

В 1968г. эти ученые получили Нобелевскую премию за работы в области квантовой электроники.

Технические подробности

Принцип работы твёрдотельного лазера. Атомы хрома (черные точки), содержащиеся в рубине, находятся в невозбужденном состоянии. Под действием фотонов света от лампы атомы хрома переходят в возбужденное состояние. Часть излучаемой энергии рассеивается через стенки стержня и проявляется в форме люминесцент-ного свечения рубинового кристалла. Другая часть энергии, направленная параллельно оси стержня, по пути своего движения вызывает цепную реакцию образования новых фотонов. Фотоны, многократно отражаясь от пластин, лавинообразно нарастая при каждом отражении, в виде мощного светового луча вырывается из торца с полупрозрачным покрытием.

Рубиновый кристалл состоит из оксида алюминия с легированного ионами хрома. Генерирует волны в красной области видимого спектра. Длина волны l=0,69мкм. Вырастить кристаллы трудно, поэтому размеры стержней составляют =3,5...16мм, =45…240мм. КПД 0,1..0,5%