Лазерные технологии

Оглавление
Введение
1.Лазерные технологии
1.1Очевидные преимущества лазерных технологий
1.2Лазерная резка
1.3Лазерно – кислородная резка
1.4Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом (LASOХ)
1.5Лазерная резка в инертном газе
1.6Другие лазерные технологии
2.Будущее лазерных технологий
2.1Перспективы лазерных технологий
2.2Объединение для развития лазерных технологий
Заключение
Список литературы

Лазерные технологии

5) Лазерная испарительная (сублимационная) резка. (1, С.187)
1.3Лазерно – кислородная резка
В этом случае режущим газом является кислород. При взаимодействии кислорода с раскаленным металлом происходит экзотермическая реакция окисления. Так в случае железа, выделившегося тепла обычно в 3-5 раз больше, чем подводимой мощности лазера.
Образующиеся окислы выдуваются этой же струей кислорода.
Характерные особенности процесса:
Диаметр сфокусированного луча меньше, чем диаметр кислородной струи. Диаметр струи обычно 1-2 мм.
Ширина реза определяется диаметром сфокусированного луча и скоростью реза. Чем меньше толщина листа и чем выше скорость обработки, тем уже рез. Ширина реза может быть меньше 100 мкм.
Давление в струе от  3-4 атм при резке тонкого листа до  0.3 атм при резке листа ,толщиной 30 мм, причем оно тем меньше, чем больше толщина разрезаемого металла.
Как правило, лазерная резка осуществляется расширяющимся лучом, т.е точка фокуса всегда расположена выше поверхности металла.
Зазор между срезом сопла, формирующим струю составляет от 0.5 мм для тонкого листа до 3 мм для листа, толщиной 30мм.
Чем толще метал, тем меньше скорость реза. Минимальная скорость реза 0.5-0.6 м/мин. Именно этот факт определяет максимальную толщину разрезаемого стального листа. В настоящее время – 30 мм при мощности лазера – 6 кВт.
При скорости резания меньше, чем 0.5 м/мин качество лазерной резки значительно падает. На  поверхности реза появляются характерные дефекты – вырывы, ширина реза возрастает, процесс переходит в автогенный. (1, С.188)
1.4Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом (LASOХ)
Для резки толстолистовой стали (прежде всего, в судостроении) в последнее время все шире применяется технология, при которой лазерный луч лишь нагревает поверхность металла до температуры около 1000 градусов перед тем, как на эту поверхность попадает сверхзвуковая струя кислорода. При этом, несмотря на экспоненциальную зависимость скорости окисления металла от температуры, процесс кислородной резки становится стабильным, стенки реза гладкими. Глубина резания значительно возрастает по сравнению с традиционной лазерно-кислородной резкой.
  Характерные особенности кислородной резки с поддержкой лазерным лучом:
Давление кислорода, необходимое для формирования сверхзвуковой струи большое (6-10 атм.).           
Диаметр пятна на поверхности металла существенно больше, чем диаметр струи.
Ширина реза равна диаметру кислородной струи и, как правило, больше 3мм.
Расстояние между срезом сопла и металлом 6-8 мм.
Скорость реза около 0,2 м/мин, что существенно ниже скорости лазерно-кислородной резки.
Толщина разрезаемого металла-до 50 мм при мощности лазерного луча 3 кВт и до 100 мм при мощности лазера 6 кВт. (1, С.203)
1.5Лазерная резка в инертном газе
Обычно применяется в тех случаях, когда нежелательно окисление кромок металла, например при резке нержавеющей стали, титана, алюминиевых сплавов. Эффективность резки в инертном газе ниже , чем при лазерно-кислородной резке за счет отсутствия дополнительного источника нагрева.
            Характерные особенности:
наиболее распространенный инертный режущий газ-азот (при резке титана-аргон),
давление режущего газа как правило большое: до 10 атм и больше, поэтому при такой технологии применяют фокусирующие линзы повышенной толщины.
формируется сверхзвуковая струя режущего газа, которая выдувает капли расплавленного металла из зоны реза.
излучение фокусируют на нижнюю поверхность листа
расстояние между срезом сопла и поверхностью металла минимально:   0,5-1мм
при резке толстого металла диаметр сопла достаточно большой, доходит до 3 мм, поэтому расход инертного газа большой, он часто определяет стоимость резки.
скорость резки в инертном газе относительно низка. (1, С.208)
1.6Другие лазерные технологии
Лазерное термораскалывание стекла. В этом процессе, за счет неоднородного нагрева хрупкого материала, такого как стекло, лазерным лучом и его охлаждения струей инертного газа,  происходит формирование трещины. Перемещение источника нагрева по поверхности стекла позволяет управлять направлением распространения трещины и получать гладкую грань раздела.
Лазерная испарительная (сублимационная резка). Применяется при очень больших интенсивностях лазерного излучения, которое реализуется в режиме очень коротких лазерных импульсов наносекундной и пикосекундной длительности.
Характерные особенности:
- применяется в микротехнологии.
- минимальное термическое воздействие на на материал подложки.
- кпд процесса минимальный.
- длина волны излучения лазера, как правило, короче 1 мкм (твердотельные и эксимерные лазеры, лазеры на парах металлов.)
2.Будущее лазерных технологий
2.1Перспективы лазерных технологий
Отечественные ученые говорят о том, что существует лишь один способ избежать попадания России на обочину мирового экономического развития - это быстрейший переход к инновационной экономике, основанной на использовании интеллектуального потенциала. Лазерная отрасль России в ее нынешнем состоянии уже готова поддержать инновационный прорыв. Она может стать мощным средством модернизации российского промышленного производства и инструментом для обеспечения конкурентоспособности российских товаров на мировом рынке.
Для доказательства достаточно представить наиболее заметных участников лазерного рынка России, занимающихся разработкой и производством технологических лазеров, лазерного технологического оборудования и его компонентов, внедрением лазерной технологии и оказанием сервисных услуг в этой области.
Продолжатель созданной в советское время научно-технической школы лазерной техники в части лазерной технологии - НИИ «Полюс», носящий ныне имя его создателя М. Ф. Стельмаха. Сегодня благодаря ему на рынке действуют новые самостоятельные фирмы, созданные и руководимые выходцами из НИИ «Полюс». Они занимаются разработками и изготовлением разнообразных типов лазеров на гранате с использованием современной элементной базы оригинальной конструкции. В настоящее время производят портативные лазерные технологические установки для маркировки, сварки и др. применений.
Возникшие в начале 90-х годов малые предприятия, которые возглавили бывшие сотрудники предприятий МЭП и других организаций оборонного комплекса, стали постепенно восстанавливать утраченную производственную базу. Начав с модернизации существующего оборудования по конкретным требованиям заказчиков как внутри страны, так и за рубежом, многие фирмы перешли к созданию нового поколения современного лазерного технологического оборудования.
По мнению представителей российской Лазерной ассоциации, лидерами здесь стали такие научно-технические предприятия, как НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ», где был создан ряд автоматизированных комплексов, получивших название «Лазерные машины серии МЛ». В них заложены широкие возможности для управления мощностными и пространственно-временными параметрами лазерного излучения, позволяющими осуществлять технологические операции, основанные на испарении и плавлении обрабатываемых материалов. Первые из них используют при прецизионной обработке сверхтвердых материалов, таких как керамика, поликор, лейкосапфир, алмазы, композиционные материалы при резке, фрезеровании, маркировке, прошивке отверстий; второе - на операциях сварки изделий из черных и цветных металлов и их сплавов, скоростной резке металлов, гравировке и термообработке. По большинству технико-экономических показателей эти лазерные машины мало чем отличаются от зарубежных аналогов.
ООО «ОКБ «Булат» в течение последних лет специализируется на разработке и производстве лазерного технологического оборудования, твердотельных лазеров и их отдельных компонентов. Объемы поставок лазерного сварочного оборудования за рубеж достигают десятков штук в год, что способствовало тому обстоятельству, что наряду в высокими технико-экономическими показателями эти установки по внешнему оформлению вполне отвечают мировому уровню. Фирма стремится к расширению технологических возможностей своего оборудования путем использования комбинированных методов обработки материалов.