ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА
Лазеры преобразуют электрическую, световую, тепловую или химическую энергию в монохроматическое когерентное излучение электромагнитных волн. Излучение лазеров может быть в ультрафиолетовом, видимом или инфракрасном диапазоне. В основу действия лазера положено поглощение электромагнитных волн атомными системами. При поглощении энергия фотона передается атому, который переходит в возбужденное квантовое состояние. Этот атом затем может излучить приобретенную энергию в виде фотона и возвратиться в исходное состояние. Однако пока атом находится в возбуженном состоянии, его можно заставить испускать фотон под действием внешнего фотона с энергией, равной энергии фотона, испускаемой атомом рабочего тела лазера. Такое возбуждение можно получить светом импульсных ламп в твердотелых и жидкостных лазерах, светом газового разряда в газовых лазерах и энергией электрического тока в лазерах, снабженных полупроводниковыми излучателями. Применяются также системы, в которых для возбуждения газовых лазеров используется тепло и энергия химических реакций.
В зависимости от энергетических характеристик системы накачки лазеры могут работать в непрерывном или импульсном режиме. Рабочим телом лазеров могут быть рубин, кристаллы вольфрамата кальция с примесью неодима, фтористого кальция с примесью диспрозия н др. В газовых лазерах используются неон, гелий, криптон, водород, двуокись азота, углекислый газ и др.
Лазеры были изобретены в 1962 г. одновременно в ССС. Р и США, а 28 октября 1964 г. советским ученым Н. Г. Басову, А. М. Прохорову и американскому ученому Ч. Таунсу присуждена Нобелевская премия по физике за фундаментальные исследования в области квантовой электроники.
Небольшая площадь излучения позволяет получить значительную плотность энергии и успешно применять лазеры для сварки и резки металлов. В современных установках удалось сфокусировать излучение на площади 10-4— 10 сма и создать поток энергии плотностью Ю1®— 1017 Вт/см* и более. В настоящее время для сварки и резки созданы лазеры мощностью до 5 кВт.
Сварочная установка состоит из комплекса оптико-механических и электрических элементов, основой которого являются лазер (оптический квантовый генератор), блок питания импульсной лампы-вспышки с напряжением питания до 20 кВ и входящим в него затвором с трансформатором подсветки, а также стереоскопический микроскоп. В зависимости от энергетических параметров системы накачки сварочный лазер может работать в импульсном или непрерывном режиме.
Основным узлом генератора является осветительная камера, внутри которой помещен кристалл рубина. Параллельно кристаллу расположена импульсная лампа, подключенная к источнику высокого напряжения. Внутри камера отполирована для отражения света и охлаждается потоком сжатого воздуха. Для формирования измерения и направления его на место сварки служит формирующая оптическая система.
Настройка генератора выполняется оптическим устройством, состоящим из осветителя, конденсорной линзы и призмы. Наблюдение за процессом сварки осуществляется с помощью стереоскопического микроскопа. Для защиты глаз опера - тора-сварщика в момент сварки служит затвор специальной конструкции, который приводится в действие электромагнитом. Длительность импульса изменяется с помощью индуктивности, которая изменяет время разряда, а следовательно, и время горения лампы-вспышки.
Резка лазером применяется как высокоэффективный технологический процесс разделения металлов и неметаллических материалов, например, стекла, керамики, графита, алмазов и других материалов.
Лазерная сварка выполняется в вакууме и в среде инертных газов, а резка — ив воздушной среде. Возможность получения мощных лазерных лучей открывает перспективу широкого их использования для различных способов сварки, резки, упрочнения поверхностного слоя деталей и т. д
