Lazerinio suvirinimo nustatymas (su diagrama)
Perskaitę šį straipsnį, sužinosite apie lazerinio suvirinimo sąrankos schemas.
Žodis „LASER“ reiškia „šviesos stiprinimą spinduliuotės spinduliuotėje“. Lazerinio suvirinimo metu koncentruota koherentinė šviesos spinduliuotė norimoje vietoje užsikimšia metalui lydyti ir suvirinti. Suderinta šviesa yra tokia, kurioje bangos yra identiškos ir lygiagrečios, ir gali važiuoti tolimu atstumu, nesumažinant intensyvumo ar nukrypimo. Lazerinė šviesa yra ne tik intensyvi, bet ir lengvai sutelkta be jokio intensyvumo sumažėjimo. Lazeriai buvo pristatyti pramonei 1950 metais.
Lazerinis veiksmas grindžiamas tuo, kad kai atomas sugeria fotoną (šviesą sudaro energijos dalelės, vadinamos fotonu), jis įgauna energiją ir pereina į aukštesnį energijos lygį. Ši sužadinta atomo būsena yra trumpalaikė ir patenka į metastabilios būsenos tarpinį lygį. Atliekant šį atotrūkį, atomas praranda šilumos energiją, tačiau išsaugo savo fotonų energiją.
Netrukus po to atomas spontaniškai nukrenta į savo pradinį ar antžeminį lygį, atleisdamas fotono energiją šviesos pavidalu. Tokios nuotraukų emisijos reiškinys schematiškai parodytas 2.44 pav. Lazerio emisija gaunama, kai viršutinis lygis yra pakankamai apgyvendintas žemesnio lygio sąskaita. Tokia situacija vadinama populiacijos inversija ir jos gavimo būdas vadinamas siurbimu.
Lazavimo elementai gali būti kieti, skysti, dujiniai arba puslaidininkiai. Kai kurios kietos lazerinės medžiagos yra rubinas, erbio granatas, neodimio formos itrio aliuminio granatas arba YAG. Kietieji lazeriai turi labai mažą efektyvumą, paprastai mažesnį nei 1%.
Skystosios lazerinės medžiagos, tokios kaip neodimio oksidas, yra efektyvesnės už kietąjį lazerį jų impulsinės galios.
Lazinimui naudojamos dujos yra vandenilis, helis, azotas, argonas ir anglies dioksidas. Dujų lazeriai turi didžiausią galios galią ir gali būti naudojami kaip nuolatinės šviesos lazeriai, kurių efektyvumas yra 25%.
Kietos būsenos lazerinės medžiagos apima atskirus puslaidininkių kristalus, tokius kaip galis ir indžio arsenidas, kadmio, seleno ir sieros lydiniai. Puslaidininkiniai lazeriai yra mažo svorio, mažai suvartojamos energijos ir turi labai aukštą efektyvumą iki 70%.
Pramoniniais tikslais dažnai naudojama lazerinė medžiaga yra rubinas. Rubinas yra aliuminio oksidas su chromo atomais iki 0-05%. Praktinė lazerio forma gali būti 10 mm skersmens ir 100 mm ilgio rubino strypas, tiksliai sumaltas ir poliruotas, vienas iš jų yra 100%, o kitas - 98%.
Tai pasiekiama, atitinkamai juos sidabinant. Chromo jonai, turintys rubino kristalą, skleidžia stimuliuojamą spinduliuotę ir, kai spinduliuotės intensyvumas padidėja pakartotinai išleidžiant, monochromatinės šviesos lazerio spindulys eina per mažiau atspindinčius rubino galus, kuris per objektyvą sutelkiamas į tašką, kur jis reikalingas suvirinimui. 2.45 pav. Parodytas rubino lazerio išdėstymas. Rubino lazerio efektyvumas yra labai mažas, lygus 01%. Nepaisant to, kad rubino lazeriai yra plačiai naudojami kaip suvirinimo įrankis.
Lazerio impulso trukmė yra trumpa - 10–9 sekundės. Tai pasiekiama išleidžiant kondensatorių banką per ksenono blykstės vamzdelį. Blykstės vamzdelis įjungiamas su 18 kv įkrovimu. Taigi lazerio spindulys gaunamas impulsais. Galima turėti didelį skaičių kondensatorių, kad ksenono lemputė nuolat blykštųsi, bet rubino lazdelė ir atspindinčioji sistema įkaista tiek, kad neįmanoma jų laikyti jų veikimo ribose.
Net ir esant efektyviausiam aušinimui sunku gauti daugiau nei 100 minučių minutės impulsus. Rubino lazerio impulsų pasikartojimo dažnis (PRF) paprastai yra apie 10–15. Taigi didžioji siurblinės energijos dalis švaistoma šilumos pavidalu. Tačiau, nepaisant mažos energijos sąnaudos, galima ją naudoti suvirinimui, nes gaunama labai didelė, maždaug 9 9 W / mm 2, energijos koncentracija.
Ksenono lanko lemputė - tai lemputė, pagaminta iš optiškai skaidrios kvarco su dviem volframo elektrodais. Išjungtoje padėtyje ksenono slėgis lempoje yra 10 atmosferų. Ksenono lempos maitinimas tiekiamas iš nuolatinės srovės šaltinio, kurio apkrovos įtampa yra ne mažesnė kaip 70 voltų, o galios įtampos - ampero charakteristika. Ksenono lanko lempas galima naudoti nepertraukiamai šimtus valandų.
Labiausiai naudingas suvirinimo lazeris yra CO 2 lazeris, kuriame lazerinė terpė yra CO 2, azoto ir helio mišinys santykiu 1: 1: 10 esant 20–50 torr slėgiui (gyvsidabrio milimetrai). iki 30000 voltų. CO 2 lazeris gali veikti nepertraukiamai iki 20 kw galios. Lazerio spindulį sudaro infraraudonoji spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra 1, 06 µm, ty 106, 00A (1 angstromas, A ° = 10 -10 m).
CO 2 lazeris susideda iš stiklo mėgintuvėlio, kuriame kaupiasi dujų mišinys. Kiekviename iš dviejų galų yra vienas elektrodas, tarp kurio yra nustatytas aukšto įtampos iškrovimas. Kaip ir kietas lazeris, kiekviename gale yra vienas atšvaitas, iš kurių vienas yra iš dalies atspindintis. Tarpas tarp dviejų reflektorių vadinamas lazerio ertme. Lazerio spindulys, skleidžiamas per pusiau atspindintį paviršių, sutelkiamas į norimą tašką, kaip parodyta 2.46 pav.
Lazerinio pluošto suvirinimas yra labiau universalus nei EBW spindulys, nes jis gali suvirinti metalus ore, dujų apsaugoje ir vakuume. Jis taip pat gali suvirinti permatomas medžiagas, nes lazerio spinduliai jų nepažeidžia. Šiuo metu lazerio spindulys sėkmingai naudojamas suvirinti plokštes, kurių storis yra iki 10 mm.
Prekyboje lazerinis suvirinimas yra naudojamas radijo inžinerijoje ir elektronikoje, kur smulkieji laidai dažnai prijungiami prie filmų mikroschemų plokštėse, kietojo kūno grandinėse ir mikro moduliuose. Lazerio spinduliai gali suvirinti įvairiausius mikroelektronikos metalų derinius, pvz., Auksą ir silicį, germanį ir auksą, nikelį ir tantalą, varį ir aliuminį. Taip pat tikimasi, kad jis bus naudojamas aukštos kokybės preciziniam darbui, kaip ir kosmoso pramonėje, ir didelės spartos masinės gamybos srityse, kaip ir automobilių pramonėje.
Paprastai lazerinis suvirinimas buvo sėkmingai naudojamas suvirinant atsparius plienus ir titano lydinius, kuriuose pagaminti aukštos kokybės siūlai, kurių storis nuo 0 iki 2 mm. Nustatyta, kad suvirinimo siūlai yra sandarūs vakuume ir turi 90% stiprumą, lyginant su pagrindiniu metalu. Lazerinio suvirinimo metu buvo naudojamas suvirinimo greitis nuo 10 iki 15 m / val.
Nors lazerinis suvirinimas turi didelį potencialą ir tikimasi, kad artimiausioje ateityje jis konkuruos su EBW, tačiau šiuo metu didelės galios lazeris yra retas įrenginys ir yra labai brangus.
