Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей

Лазерная технология

Величайшим достижением текущего периода является создание лазерных технологий. Лазер (оптический квантовый генератор) представляет собой источник мощного светового монохроматического излучения, которое характеризуется высокой направленностью и большой плотностью энергии, согласованностью колебаний электромагнитных волн.

Принцип действия квантового генератора основан на искусственном создании светового излучения высокой мощности. Передаваемое тепло при поглощении ядерного излучения приводит к нагреву, а затем плавлению, испарению. Дозируя мощность лазерного излучения, можно добиться любого температурного режима.

Лазеры классифицируют по физическому состоянию активного вещества (твердотельные, газовые, жидкостные); способу возбуждения активного вещества (за счет оптического излучения, потока электронов, солнечной энергии, ядерного излучения и др.); характеру излучаемой энергии (импульсные, непрерывные и др.); конструктивному исполнению (стационарные, передвижные, открытые, закрытые); мощности излучения (сверхмощные, средней мощности, маломощные); по назначению (технологические, специальные, исследовательские, уникальные).

Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (физика, химия, биология), технике (связи, локации, измерительной технике), практической медицине (хирургия, офтальмология), термоядерном синтезе (при исследовании внутренней структуры вещества), в машиностроении и др.

Преимуществами лазерной технологии являются:
-- высокая концентрация подводимой энергии в пятне нагрева и локальность обработки;
-- регулировка параметров лазерной обработки в широком интервале режимов;
-- возможность передачи энергии в виде светового луча на расстояние в любой оптически прозрачной среде;
-- получение импульсного и непрерывного излучения перемещением луча с высокой точностью и скоростью;
-- отсутствие механических усилий на обрабатываемый материал и независимость скорости обработки от свойств материала;
-- высокая технологичность обработки и возможность автоматизации технологических процессов.

Лазерная сварка

Лазерная поверхностная термообработка используется для обработки инструментов, повышения эксплуатационных характеристик поверхностей.

Она включает лазерную закалку – высокотемпературный нагрев поверхности изделия и быстрое охлаждение. После лазерной закалки долговечность инструмента возрастает в 2–5 раз; лазерный отжиг – используется для получения равновесной структуры, обладающей большей пластичностью и меньшей твердостью; лазерное легирование – создание на поверхности обрабатываемого материала покрытий с высокими эксплуатационными свойствами; остекловывание – создание на поверхности материалов, деталей аморфных слоев, обладающих высокой твердостью, коррозийной стойкостью.

Лазерная сварка может быть точечной и шовной. В большинстве случаев применяют импульсные лазеры, обеспечивающие наименьшую зону термического влияния. С помощью лазерной сварки можно получать высококачественные соединения деталей из нержавеющей стали, никеля, молибдена и др. Высокая мощность лазерного излучения позволяет сваривать материалы с высокой теплопроводностью (медь, серебро).

Возможна лазерная сварка материалов, плохо поддающихся сварке другими методами (вольфрам с алюминием, медь со сталью, бериллиевая бронза с другими сплавами). Лазерная сварка позволяет сваривать толстые слои материала с высокой скоростью. При этом материал, прилегающий к зоне расплава, не подвергается действию высоких температур.

По сравнению с традиционной технологией сварки лазерная сварка отличается высокой производительностью, малой деформацией свариваемых элементов, возможностью подачи энергии в труднодоступные места. Широко используется лазерная сварка в микроэлектронике и точном приборостроении для сварки деталей из тугоплавких материалов.

Области применения лазерной сварки: изготовление электровакуумных и полупроводниковых приборов, интегральных схем, приборов точной механики и т.д. Лазерная сварка позволяет повысить производительность труда в 3–5 раз по сравнению с обычными способами сварки и пайкой.

Экономически выгодна замена пайки миниатюрных деталей сваркой с помощью лазера, так как в этом случае исключается загрязнение свариваемых деталей флюсом, получается соединение более высокого качества, конструкция меньше весит.

Лазерная и газолазерная резка материалов

Лазерная размерная обработка включает процессы собственно лазерной резки, лазерное сверление, лазерное фрезерование и т.д.

Лазерная резка используется для резания сталей, керамики, стекла, пластмасс и других материалов. Процесс резания идет без образования стружки, а испаряющийся за счет высоких температур металл уносится сжатым воздухом.

Лазерную резку материалов осуществляют как в импульсном, так и в непрерывном режиме. При резке в импульсном режиме непрерывный рез получается в результате наложения следующих друг за другом отверстий.

Наиболее широкое применение получила резка (фрезерование) тонкопленочных пассивных элементов интегральных схем с целью точной подгонки значений их сопротивления или емкости. Для этого применяют импульсные лазеры на алюмоиттриевом гранате с модуляцией добротности, лазеры на углекислом газе. Импульсный характер обработки обеспечивает минимальную глубину прогрева материала и исключает повреждение подложки, на которую нанесена пленка.

В сочетании с автоматически управляющими системами лазерные установки для подгонки резисторов обеспечивают производительность более 5 тысяч операций за 1 ч. Импульсные лазеры на алюмоиттриевом гранате применяются также для резки полупроводниковых пластин-подложек интегральных схем.

Лазеры непрерывного действия на углекислом газе применяют для газолазерной резки, при которой в зону воздействия лазерного луча подается струя газа. Газ выбирают в зависимости от вида обрабатываемого материала. При резке дерева, фанеры, пластиков, бумаги, картона, текстильных материалов в зону обработки подается воздух или инертный газ, которые охлаждают края реза и препятствуют сгоранию материала и расширению реза.

При резке большинства металлов, стекла, керамики струя газа выдувает из зоны воздействия луча расплавленный материал. Это позволяет получать поверхности с малой шероховатостью и обеспечивает высокую точность реза.

При резке железа, малоуглеродистых сталей и титана в зону нагрева подается струя кислорода. В результате экзотермической реакции окисления металла выделяется дополнительное тепло, что позволяет значительно повысить скорость резки.

Преимущества газолазерной резки:
1. простота автоматизации процесса;
2. малая ширина реза и небольшая глубина зоны термического влияния;
3. отсутствие вредных отходов при резке стеклопластиков;
4. оплавление краев реза синтетических текстильных материалов, что препятствует их распусканию.

Лазерное сверление. Измерительная лазерная технология

Лазеры на углекислом газе применяют для резки хрупких материалов (стекло, керамика) методом управляемого термического раскалывания.

Лазерное сверление отверстий возможно в любых материалах. Как правило, для этой цели используют импульсные лазеры с энергией в импульсе 0,1-30 Дж. Максимальная точность (1–5%) и управляемость процессом сверления достигается при воздействии на материал серии импульсов (многоимпульсный метод).

Возможно сверление сквозных и глухих отверстий с различными формами поперечного (круглые, треугольные и т.д.) и продольного (цилиндрического, конического и др.) сечений. Освоено сверление отверстий диаметром 0,003-1 мм при отношении глубины к диаметру 0,5–10.

Производительность лазерных установок для сверлений отверстий обычно равна 60-240 отверстий в минуту. Наиболее эффективно применение лазера для сверления труднообрабатываемых другими методами материалов (алмаз, рубин, керамика и т.д.), получения отверстий диаметром менее 100 мкм в металлах, сверления под углом к поверхности. Сверление отверстий лазерным лучом нашло особенно широкое применение в производстве рубиновых часовых камней.

Измерительная лазерная технология используется при проведении различных измерений, а также для контроля размеров, качества материалов, изделий, линейных перемещений.

Эти технологии отличаются высокой скоростью, позволяют проводить измерения бесконтактно.

Лазерные измерители основаны на принципах голографии и позволяют обнаруживать поверхностные дефекты размером до 1 мкм, находить и количественно определять статические и динамические деформации различных деталей.

Перспективно использование лазеров в химической технологии. Лазерную интенсификацию химических реакций можно рассматривать как разновидность фотохимических процессов. Использование лазерного излучения в химической технологии перспективно для получения новых продуктов, осуществления новых химических реакций, интенсификации существующих химико-технологических процессов.

Практическое применение лазеров

В производстве интегральных схем действие лазера используют для локальной термической диссоциации некоторых металлсодержащих органических соединений при изготовлении пленочных элементов схем; интенсификации процессов локального окисления и восстановления; для получения тонких пленок путем испарения материалов в вакууме.

ермическое действие лазерного излучения может быть применено для поверхностного упрочнения (закалка и «залечивание» микродефектов оплавлением) быстроизнашивающихся металлических деталей.

В пищевой промышленности выделяют два направления практического применения лазеров: для целенаправленного воздействия на вещество, а также для передачи и обработки информации, осуществления контроля и измерений.

Использование энергии излучения гелий-неонового лазера для обработки воды при производстве хлеба позволяет интенсифицировать созревание теста, не увеличивая дозы дрожжей, а также повышать выход и качество хлеба в целом.

Эффект лазерной активации апробирован и внедряется в производстве молочных продуктов, что позволяет экономить 10 - 30% реагентов, ускорять процессы в 1,2 – 2 раза, уменьшать расходы тепла, электроэнергии, чистой воды, улучшать качество готовой продукции и сточных вод. Лазерная активация молока повышает продолжительность бактерицидной фазы и качество молока по бактериальной обсемененности.

Обработка молока позволяет снижать кислотность молока при приемке, сокращается время получения молочных продуктов (например, кефира). При этом улучшаются органолептические свойства готовой продукции – кефира, сметаны, пастеризованного молока, творога, мороженого.

Лазеры используются и для ускорения производства безалкогольных напитков с улучшенными свойствами, сохранения качества мяса и мясопродуктов.

 

Источник: http://proiz-teh.ru

Подписаться на рассылку