4.3. Основные виды лазерной обработки

Нагрев излучением лазера, плавление. Используется для термоупрочнения материалов (закалка изделий из стали и чугуна: зубьев шестерен, валов, осей и т.п.). Технологический процесс проще, чем при закалке токами высокой частоты: не требуется изготавливать для каждой детали свой индуктор. Зоны закалки получаются более узкими, возрастает производительность труда. Закалка делает поверхность твердой и устойчивой к трению. При этом основная масса детали остается упругой и вязкой. Такая деталь является устойчивой и к трению, и к ударам. Лазерный нагрев используется для отжига фольги, движущейся с большой скоростью, для создания термического напряжения и термораскалывания по траектории движения луча в изделиях из стекла, керамики.

Лазерная сварка. Применяется для тонколистовых материалов и малогабаритных деталей. Лазер позволяет легко автоматизировать сварку, сваривать материалы, которые обычным способом соединить нельзя. Сварка герметичным швом позволяет осуществить герметизацию корпусов, заполненных веществом, разогревать которые недопустимо (например, корпуса аккумуляторов с электролитом). Широко используется точечная сварка. В автомобилестроении лазерным излучением сваривают детали кузова, карданные валы, шестерни коробки передач. Лазеры применяют для сварки неметалличесих материалов (стекла, керамики).

Резка и размерная обработка. При этом виде обработки происходит локальное расплавление материала и его удаление под действием силы тяжести, газовой струи или конвективного потока. Использование лазерного излучения позволяет резать материалы любой прочности и твердости с высокой скоростью и точностью (обработка металлокерамики, материалов на основе бора и углерода). С успехом используется в деревообрабатывающей промышленности, для резки бумаги и картона.

Лазерное легирование. Широко применяется для создания износостойких покрытий (лазерная цементация углеродом, азотирование, борирование). Процесс заключается в нанесении на поверхность специальных обмазок или паст и дальнейшим их оплавлением лазерным излучением.

Наплавка лазерным излучением. Производится оплавление предварительно нанесенных порошковых паст, напыленных покрытий, наплавка присадочного порошка или проволоки, подаваемых в зону обработки. Широко используется для увеличения прочности инструмента или наиболее нагруженных деталей машин.

В настоящее время лазерные технологии получили весьма широкое применение во всех основных сферах человеческой деятельности. Кроме лазерной обработки материалов следует отметить такие области использование лазеров, как лазерный термоядерный синтез, лазерная химия, лазерная спектроскопия, лазерная связь и многие другие. Лазерный луч с успехом используется в медицине для лечения различных заболеваний и в качестве точного скальпеля. Особенно удобным он оказался в офтальмологии. С его помощью хирурги делают глазные операции, возвращая зрение тысячам больных.

Контрольные вопросы

1. Какими необыкновенными свойствами обладает лазерный луч?

2. Принцип действия твердотельного лазера.

3. Что такое инверсная населенность?

4. Какие вещества используются в лазерах?

5. Почему при лазерной обработке достигается меньшая глубина проплавления, чем при электроннолучевой?

6. Причина возникновения плазменного факела при большой мощности лазерного излучения.

7. Сущность оптического пробоя газа (лазерной искры).

8. Причины перефокусировки лазерного луча в плазменном факеле.

9. Почему при лазерной обработке процесс плавления металла может быть периодическим?

10. При каких условиях при лазерной обработке металла температура электронов может значительно превышать температуру решетки?

11. Механизм теплопроводности при лазерном нагреве.

12. Каким образом можно уменьшить потери из-за частичного отражения лазерного луча от обрабатываемой поверхности?

13. Какие газы используются в качестве защитных при лазерной обработке?

14. Охарактеризуйте основные лазерные технологии: нагрев, плавление, сварка, резка, легирование, наплавка.

15. Применение лазера в медицине.