De minimale diagnostische test vinden. Regels voor het samenstellen van diagnostische tests

Stuur uw goede werk in de kennisbank is eenvoudig. Gebruik het onderstaande formulier

Studenten, afstudeerders, jonge wetenschappers die de kennisbasis gebruiken in hun studie en werk zullen je zeer dankbaar zijn.

geplaatst op http://www.allbest.ru/

Ministerie van Onderwijs en Wetenschappen van de Russische Federatie. Federale staatsbegrotingsinstelling voor hoger onderwijs. Vladimir State University vernoemd naar A.G. en N.G. Stoletovs.

Afdeling FPM.

Samenvatting over het onderwerp

"Lasergat boren"

Voltooid:

Studentengroep LT - 115

Gordeeva Ekaterina

Vladimir, 2016

Invoering

Laserstraal als boor

Laserboren van gaten in metalen

Boren van niet-metalen materialen

Laserboren van gaten in harde oppervlakken

laserboren onderscheidend verhoogde broosheid

Conclusie

Bibliografie

Invoering

Momenteel voert de laser met succes een aantal technologische bewerkingen uit, voornamelijk zoals snijden, lassen, boren van gaten, oppervlaktewarmtebehandeling, aftekenen, markeren, graveren, enz., en biedt in sommige gevallen voordelen ten opzichte van andere soorten verwerking. van gaten in het materiaal kan sneller worden voltooid, en het schrijven van ongelijke materialen is perfecter. Daarnaast worden sommige soorten operaties die voorheen onmogelijk waren uit te voeren vanwege de moeilijke toegankelijkheid met groot succes uitgevoerd. Het lassen van materialen en het boren van gaten kan bijvoorbeeld door glas worden uitgevoerd in een vacuüm of een atmosfeer van verschillende gassen.

Het woord "laser" bestaat uit beginletters in Engelse uitdrukking Lichtversterking door gestimuleerde emissie van straling, wat in het Russisch vertaald betekent: versterking van licht door gestimuleerde emissie. Klassiek gebeurde het zo dat bij het beschrijven vanogieën de belangrijkste aandacht alleen wordt besteed aan lasers zelf, hun werkingsprincipes en technische parameters. Om echter elk proces van laserdimensionale verwerking van materialen te implementeren, moet naast de laser, een bundelfocussysteem, een apparaat voor het regelen van de beweging van de bundel langs het oppervlak van het werkstuk of een apparaat voor het verplaatsen van het product ten opzichte van de straal, een gasblaassysteem, optische geleidings- en positioneringssystemen, procesbesturingssoftware lasersnijden, graveren, enz. In de meeste gevallen is de keuze van parameters voor apparaten en systemen die de laser rechtstreeks bedienen niet minder belangrijk dan de parameters van de laser zelf. Bijvoorbeeld voor het markeren van lagers met een diameter van minder dan 10 mm, of voor precisiepuntlaserlassen, overschrijdt de tijd die wordt besteed aan het positioneren van het product en het scherpstellen de tijd van het graveren of lassen met een of twee ordes van grootte (de tijd voor het aanbrengen van de markering op het lager is ongeveer 0,5 s). Daarom wordt het gebruik van lasersystemen zonder het gebruik van automatische positionerings- en focussystemen in veel gevallen economisch ondoelmatig. De analogie van lasersystemen met auto's laat zien dat de laser als motor fungeert. Hoe goed de motor ook is, maar zonder wielen en al het andere gaat de auto niet.

Een andere belangrijke factor bij het kiezen van lasertechnologiesystemen is hun onderhoudsgemak. Zoals de praktijk heeft aangetoond, hebben operators lage kwalificaties voor het onderhoud van dergelijke apparatuur. Een van de redenen hiervoor is dat in de meeste gevallen lasersystemen worden geïnstalleerd om verouderde technologische processen te vervangen (impact en chemische markering van producten, mechanisch graveren, handmatig lassen, handmatig markeren, enz.). De hoofden van ondernemingen die hun productie moderniseren, laten in de regel om ethische redenen oude apparatuur door nieuwe vervangen, het oude (letterlijk en figuurlijk) servicepersoneel. Daarom, voor de introductie van lasertechnologische systemen in productie met gegeven begincondities zijn ontwikkeling (in de post-Sovjet-republieken) is het noodzakelijk om te zorgen voor het hoogst mogelijke niveau van automatisering en leergemak. We mogen niet voorbijgaan aan het feit dat het salaris van ongeschoold personeel lager is dan dat van een geschoolde specialist. Daarom is het voordeliger om complexe apparatuur aan te schaffen met onderhoudsgemak dan hooggekwalificeerd personeel uit te nodigen.

De taak om lasertechnologieën in moderne productie te gebruiken, moet dus niet alleen worden bekeken vanuit het oogpunt van de technische parameters van de laser zelf, maar ook rekening houdend met de kenmerken van de apparatuur en software die het mogelijk maken om de specifieke eigenschappen van de laser om een bepaald technologisch probleem op te lossen.

Elk lasersysteem dat is ontworpen voor dimensionale verwerking van materialen, wordt gekenmerkt door de volgende parameters:

Verwerkingssnelheid (snijden, graveren, enz.);

oplossing;

nauwkeurigheid van de verwerking;

De grootte van het werkveld;

Assortiment verwerkingsmaterialen (ferrometalen, non-ferrometalen, hout, kunststoffen, enz.);

Het scala aan maten en gewichten van producten die bestemd zijn voor verwerking;

Productconfiguratie (bijvoorbeeld gravure op vlakke, cilindrische, golvende oppervlakken);

De benodigde tijd voor het wijzigen van de uitgevoerde taken (veranderen van het graveerpatroon, configuratie - snijlijnen, wijzigen van het verwerkingsmateriaal, enz.);

Tijdstip van installatie en positionering van het product;

Parameters van omgevingscondities (temperatuurbereik, vochtigheid, stofgehalte) in ---- waarin het systeem kan worden bediend;

Vereisten voor de kwalificatie van servicepersoneel.

Op basis van deze parameters wordt het type laser, het beam sweep-apparaat geselecteerd, het ontwerp van de bevestiger voor het product ontwikkeld, het niveau van automatisering van het systeem als geheel, de kwestie van de noodzaak om te schrijven gespecialiseerde programma's voor het voorbereiden van tekenbestanden, snijlijnen, enz.

De belangrijkste technische kenmerken die de aard van de verwerking bepalen, zijn de energieparameters van de laser - energie, vermogen, energiedichtheid, pulsduur, ruimtelijke en temporele structuur van straling, ruimtelijke verdeling van stralingsvermogensdichtheid in de focusvlek, focusomstandigheden, fysieke eigenschappen materiaal.

Laserstraal als boor

Vanaf 1964 werd het inefficiënte mechanisch boren van horlogestenen overal vervangen door laserboren. Natuurlijk moet de term "laserboren" niet letterlijk worden genomen; De laserstraal boort geen gat, maar doorboort het, waardoor het materiaal sterk verdampt. Tegenwoordig is laserboren van horlogestenen gemeengoed. Hiervoor worden in het bijzonder neodymium glaslasers gebruikt. Een gat in de steen (met een werkstukdikte van 0,5-1 mm) wordt geponst door een reeks van meerdere laserpulsen met een energie van 0,5-1 J. De productiviteit van de lasermachine in automatische modus is een steen per seconde. Dit is duizend keer hoger dan de productiviteit van mechanisch boren!

Kort na zijn geboorte kreeg de laser de volgende taak, die hij net zo goed aankon: gaten boren in diamanten matrijzen. Misschien weet niet iedereen dat om een zeer dunne draad van koper, brons, wolfraam te verkrijgen, de technologie wordt gebruikt om het metaal door een gat met de juiste diameter te trekken. Dergelijke gaten worden geboord in materialen met een bijzonder hoge hardheid, omdat tijdens het trekken van de draad de diameter van het gat ongewijzigd moet blijven. Diamant staat bekend als de moeilijkste. Daarom is het het beste om een dunne draad door een gat in de diamant te trekken - door de zogenaamde diamanten matrijzen. Alleen met behulp van diamanten matrijzen is het mogelijk om een ultradun draadje te verkrijgen met een diameter van slechts 10 micron. Maar hoe boor je een dun gaatje in een superhard materiaal als diamant? Het is erg moeilijk om dit mechanisch te doen - het duurt tot tien uur om mechanisch één gat in een diamanten matrijs te boren.

Deze nette gaatjes, met een diameter van 0,3 mm, worden met behulp van een CO2-laser in een 0,7 mm dikke keramische plaat van aluminiumoxide geponst.

Met behulp van lasers worden zeer dunne gaatjes geboord in keramiek - met een diameter van slechts 10 micron. Merk op dat dergelijke gaten niet kunnen worden verkregen door mechanisch te boren.

Dat boren de roeping van de laser is, daar twijfelde niemand aan. Hier had de laser eigenlijk geen waardige concurrenten, vooral niet als het ging om het boren van zeer dunne en zeer diepe gaten, wanneer er gaten geboord moesten worden in zeer brosse of zeer harde materialen. Er ging relatief weinig tijd voorbij en het werd duidelijk dat de laserstraal niet alleen met succes kan worden gebruikt voor boren, maar ook voor vele andere materiaalbewerkingen. Dus vandaag kunnen we praten over de opkomst en ontwikkeling nieuwe technologie- laseren.

Laserboren van gaten in metalen

Het gebruik van een laser als boorgereedschap heeft voordelen.

Er is geen mechanisch contact tussen het boorgereedschap en het materiaal, evenals breuk en slijtage van de boren.

De nauwkeurigheid van het plaatsen van gaten wordt verhoogd, omdat de optica die wordt gebruikt om de laserstraal te focusseren, ook wordt gebruikt om deze naar het gewenste punt te richten. De gaten kunnen in elke richting worden georiënteerd.

bereikt grotere houding diepte tot boordiameter dan bij andere boormethoden het geval is.

Zowel bij het boren als bij het snijden hebben de eigenschappen van het te bewerken materiaal een aanzienlijke invloed op de laserparameters die nodig zijn om de bewerking uit te voeren. Het boren wordt uitgevoerd door gepulseerde lasers die zowel in de vrijlopende modus werken met een pulsduur in de orde van 1 μs, als in de Q-geschakelde modus met een duur van enkele tientallen nanoseconden. In beide gevallen is er een thermisch effect op het materiaal, het smelten en verdampen ervan. Het gat groeit in diepte voornamelijk door verdamping, en in diameter door het smelten van de wanden en het uitstromen van vloeistof onder de gecreëerde overmatige dampdruk.

Typisch worden diepe gaten met de gewenste diameter verkregen met behulp van repetitieve laserpulsen met lage energie. In dit geval worden gaten met een kleinere tapsheid en een betere kwaliteit gevormd dan gaten die zijn verkregen met een hogere energie van een enkele puls. De uitzondering zijn materialen die elementen bevatten die een hoge dampdruk kunnen creëren. Het is dus erg moeilijk om messing te lassen met een laser gepulseerde straling vanwege het hoge zinkgehalte heeft messing bij het boren echter enkele voordelen, omdat zinkatomen het verdampingsmechanisme aanzienlijk verbeteren.

Omdat de multipulsmodus het mogelijk maakt om gaten van de beste kwaliteit te verkrijgen met de gewenste geometrie en met een kleine afwijking van de opgegeven afmetingen, is deze modus in de praktijk wijdverbreid bij het boren van gaten in dunne metalen en niet-metalen materialen. Bij het boren van gaten in dikke materialen hebben echter enkelvoudige pulsen met hoge energie de voorkeur. Diafragmatie van de laserstroom maakt het mogelijk om gevormde gaten te verkrijgen, maar deze methode wordt vaker gebruikt bij de verwerking van dunne films en niet-metalen materialen. Wanneer laserboren wordt uitgevoerd in dunne platen met een dikte van minder dan 0,5 mm, is er enige eenwording van het proces, dat erin bestaat dat gaten met een diameter van 0,001 tot 0,2 mm in alle metalen kunnen worden gemaakt met relatief lage vermogens.

Het boren van gaten in metalen kan in een aantal gevallen worden toegepast. Met behulp van gepulseerde lasers kan dus dynamisch balanceren van onderdelen die met hoge snelheid roteren, worden uitgevoerd. De onbalans wordt geselecteerd door lokaal smelten van een bepaald volume materiaal. De laser kan ook worden gebruikt om elektronische componenten te monteren, hetzij door lokale verdamping van het materiaal of door algemene verwarming. De hoge vermogensdichtheid, kleine spotgrootte en korte pulsduur maken de laser een ideaal hulpmiddel voor deze toepassing.

Lasers die worden gebruikt voor het boren van gaten in metaal moeten een gerichte bundelvermogensdichtheid bieden in de orde van grootte van 107 - 108 W/cm2. Het boren van gaten met metaalboren met een diameter van minder dan 0,25 mm is een lastige praktische taak, terwijl laserboren het mogelijk maakt om gaten te verkrijgen met een diameter die overeenkomt met de stralingsgolflengte met een voldoende hoge plaatsingsnauwkeurigheid. Specialisten van het bedrijf "General Electric" (VS) berekenden dat het laserboren van gaten in vergelijking met elektronenstraalverwerking een hoog economisch concurrentievermogen heeft. Momenteel worden vastestoflasers voornamelijk gebruikt voor het boren van gaten. Ze bieden een pulsherhalingsfrequentie tot 1000 Hz en een vermogen in continue modus van 1 tot 103 W, in pulsmodus tot honderden kilowatts en in Q-geschakelde modus tot enkele megawatts. Enkele resultaten van verwerking door dergelijke lasers worden in de tabel gegeven.

	Dikte, mm	Gatdiameter, mm	Duur boren	laser energie,
		invoer	weekend
Roestvrij staal				10 impulsen
Nikkel staal
Wolfraam

Molybdeen

Boren van niet-metalen materialen

Het boren van gaten is een van de eerste gebieden van lasertechnologie. Ten eerste, door gaten in verschillende materialen te branden, gebruikten de onderzoekers ze om de stralingsenergie van laserpulsen te schatten. Op dit moment wordt het proces van laserboren een onafhankelijke richting van lasertechnologie. De materialen die met een laserstraal moeten worden geboord, zijn onder meer niet-metalen zoals diamanten, robijnstenen, ferrieten, keramiek, enz., waarin het boren van gaten met conventionele methoden moeilijk of ineffectief is. Met een laserstraal boor je gaten van verschillende diameters. Voor deze bewerking worden de volgende twee methoden gebruikt. Bij de eerste methode beweegt de laserstraal langs een bepaalde contour en wordt de vorm van het gat bepaald door het traject van zijn relatieve beweging. Hier vindt een snijproces plaats, waarbij de warmtebron met een bepaalde snelheid in gegeven richting: in dit geval worden in de regel continugolflasers gebruikt, evenals gepulseerde lasers die werken met een verhoogde pulsherhalingsfrequentie.

Bij de tweede methode, de projectiemethode genaamd, herhaalt het bewerkte gat de vorm van de laserstraal, die met een optisch systeem elke sectie kan worden gegeven. De projectiemethode voor het boren van gaten heeft enkele voordelen ten opzichte van de eerste. Dus als een diafragma (masker) op het pad van de bundel wordt geplaatst, dan is het op deze manier mogelijk om het perifere deel ervan af te snijden en een relatief uniforme intensiteitsverdeling over de bundeldoorsnede te verkrijgen. Hierdoor is de begrenzing van de bestraalde zone scherper, wordt de tapsheid van het gat verminderd en wordt de kwaliteit verbeterd.

Er zijn een aantal technieken waarmee u een deel van het gesmolten materiaal extra kunt selecteren uit het gat dat wordt verwerkt. Een daarvan is de schepping overdruk perslucht of andere gassen, die met behulp van een mondstuk coaxiaal met de laserstraling in de boorzone worden gevoerd. Deze methode werd gebruikt om gaten te boren met een diameter van 0,05-0,5 mm in keramische platen tot 2,5 mm dik met behulp van een CO2-laser die continu werkt.

Gaten boren in hard keramiek is geen gemakkelijke taak: de conventionele methode vereist een diamantgereedschap, terwijl andere bestaande methoden moeilijk zijn vanwege de grootte van het gat in diameter gelijk aan tienden van een millimeter. Deze moeilijkheden zijn vooral merkbaar wanneer de dikte van de te bewerken plaat groter is dan de diameter van het gat. De verhouding van de gatdiepte (materiaaldikte) tot de diameter is een maatstaf voor de kwaliteit van het verkrijgen van dunne gaten; het is 2: 1 bij conventioneel boren en ongeveer 4: 1 bij de ultrasone methode die wordt gebruikt bij het boren van keramiek en andere vuurvaste materialen.

De lasermethode voor het boren van deze klasse materialen maakt het mogelijk om: beste houding met een zeer hoge nauwkeurigheid bij het plaatsen van gaten en relatief minder tijd. Zo werd voor laserboren van polykristallijn aluminiumoxide-keramiek met hoge dichtheid een robijnlaser gebruikt met een pulsenergie van 1,4 J, een gefocusseerde lens met een brandpuntsafstand van 25 mm op het schijfoppervlak en een vermogensdichtheid van ongeveer 4 -106 W/cm2. Gemiddeld waren 40 pulsen met een herhalingssnelheid van 1 Hz nodig om door een keramische schijf van 3,2 mm dik te boren. De duur van de laserpuls was 0,5 ms. De resulterende gaten hadden een tapsheid met een diameter van ongeveer 0,5 mm bij de inlaat en 0,1 mm bij de uitlaat. Het is te zien dat de verhouding tussen diepte en gemiddelde gatdiameter ongeveer 11:1 is, wat veel groter is dan de vergelijkbare verhouding voor andere methoden voor het boren van gaten. Voor eenvoudige materialen kan deze verhouding voor laserboren 50:1 zijn.

Om verbrandingsproducten en de vloeibare fase uit de boorzone te verwijderen, wordt geblazen met lucht of andere gassen. Efficiënter blazen van producten vindt plaats met een combinatie van blazen vanaf de voorkant en vacuüm vanaf de achterkant van het monster. Een soortgelijk schema werd gebruikt om gaten in keramiek tot 5 mm dik te boren. Een effectieve verwijdering van de vloeibare fase vindt in dit geval echter pas plaats na de vorming van een doorgaand gat.

In tafel. 7 toont de parameters van gaten in sommige niet-metalen materialen en hun verwerkingsmodi.

Materiaal	Gat opties:	Verwerkingsmodus:
	Diameter, mm	Diepte, mm	Verhouding diepte tot diameter	Energie, J	Duur van de polsslag	Fluxdichtheid, W/cm2	Aantal pulsen per gat



keramiek

Laserboren van gaten in harde oppervlakken

Het boren van lasergaten wordt gekenmerkt door: fysieke processen zoals het verhitten, verdampen en smelten van het materiaal. Aangenomen wordt dat het gat in diepte toeneemt als gevolg van verdamping en in diameter - als gevolg van het smelten van de wanden en de verplaatsing van vloeistof door overmatige dampdruk.

Om precisiegaten te verkrijgen met een tolerantie van ongeveer 2 µm, worden lasers met zeer korte pulsen in het bereik van ns en ps gebruikt. Hiermee kunt u de diameter van het gat op een bepaald niveau regelen, d.w.z. niet leidend tot verhitting en smelten van de wanden die verantwoordelijk zijn voor de groei van de gatdiameter, maar leidend tot verdamping van het materiaal uit de vaste fase. Ook kan het gebruik van lasers met ns- en ps-pulsbereiken de aanwezigheid van een gestolde vloeibare fase op de zijoppervlakken van het gat aanzienlijk verminderen.

BIJ dit moment Er zijn verschillende methoden om gaten te boren met een laser: het boren met een enkele puls maakt gebruik van een enkele puls waardoor een gat wordt geboord. De voordelen van deze methode zijn snelheid. Nadelen hoge pulsenergie, lage dikte en canonieke vorm gaten door de overdracht van thermische energie te verminderen met toenemende gatdiepte.

Bij klopboren wordt een gat gemaakt door meerdere laserpulsen van korte duur en energie.

Voordelen: de mogelijkheid om een dieper gat te maken (ongeveer 100 mm), om gaten met een kleine diameter te verkrijgen. Het nadeel van deze methode is het langere boorproces.

Het boren van gaten vindt plaats onder invloed van verschillende laserpulsen. Eerst boort de laserhamer het eerste gat. Vervolgens vergroot hij het aanvankelijke gat door meerdere keren langs het toenemende cirkelvormige pad op het werkstuk te bewegen. Het meeste gesmolten materiaal wordt in neerwaartse richting uit het gat gedrukt. Bij spiraalboren wordt, in tegenstelling tot kernboren, geen startgat gemaakt. De laser beweegt al vanaf de eerste pulsen langs een cirkelvormig pad door het materiaal. Met zo'n beweging een groot aantal van materiaal komt uit. Bewegend als een wenteltrap, verdiept de laser het gat. Nadat de laser door het materiaal is gegaan, kunnen er nog enkele rondjes worden gemaakt. Ze zijn ontworpen om de onderkant van het gat te verbreden en de randen glad te maken. Spiraalboren produceert zeer grote en diepe gaten Van hoge kwaliteit. Voordelen: het verkrijgen van grote en diepe gaten van hoge kwaliteit.

Voordelen van laserboren: de mogelijkheid om kleine gaatjes te maken (minder dan 100 micron), de noodzaak om een gat onder een hoek te boren, het boren van een gat in zeer harde materialen, de mogelijkheid om niet-ronde gaten te verkrijgen, hoge procesproductiviteit, laag thermisch effect op het materiaal (verwarming neemt af met een afname van de pulsduur materiaal), een contactloze methode die het boren van kwetsbare materialen mogelijk maakt (diamant, porselein, ferriet, saffierkristal, glas), hoge automatisering van het proces, lange levensduur levensduur en stabiliteit van het proces.

Dit werk is gewijd aan het zoeken naar optimale manieren van laserboren van gaten op verschillende harde oppervlakken.

Voor de experimenten werd een infrarood gepulste Nd:YAG-laser met een golflengte van 1064 nm gebruikt. Met een maximaal laservermogen van 110 W, een pulsherhalingsfrequentie van 10 kHz en een pulsduur van 84 ns werden de gaten in dit werk verkregen door klopboren. Tijdens laserboren varieerde het vermogen van laserstraling van 3,7 W tot 61,4 W, de diameter van de laservlek op het monsteroppervlak varieerde van 2 mm tot 4 mm.

Het laserboren van gaten werd uitgevoerd op de volgende vaste oppervlakken: respectievelijk kunststof (geel), koolstofvezel, aluminium, 1,22.3 mm dik. laser boorgat metaal

De kwaliteit van het laserboren van een oppervlak wordt aanzienlijk beïnvloed door de volgende parameters: gemiddeld laservermogen, diameter van de laservlek op het monsteroppervlak, fysieke eigenschappen van het materiaal (absorptiecoëfficiënt van laserstraling door het oppervlak, smelttemperatuur), laserstralingsgolflengte, pulsduur en laserboormethode (enkele puls, klopboren, enz.).

Tabel 1 toont de manieren van laserboren op verschillende harde oppervlakken.

Manieren van laserboren van gaten op verschillende oppervlakken

Laserboren gekenmerkt door verhoogde kwetsbaarheid

laserboren worden veel gebruikt om gaten te maken, niet alleen in harde en superharde materialen, maar ook in materialen die worden gekenmerkt door verhoogde brosheid.

Voor gat laser boren momenteel gebruiken ze de Kvant-11-installatie, gemaakt op basis van een gepulseerde YAG-Nd-laser. Laserlassen is ook gebaseerd op de werking van gerichte gepulseerde laserstraling. Bovendien worden zowel naad- als puntlassen gebruikt.

De belangrijkste processen in laser boren van niet-metalen materialen, evenals tijdens het snijden, zijn verwarming, smelten en verdampen van de laserbestralingszone. Om deze processen te waarborgen, is het noodzakelijk om vermogensdichtheden van 106 - 107 W / cm2 te hebben, gecreëerd door het optische systeem in het brandpunt. In dit geval groeit het gat in de diepte door de verdamping van materialen; er is ook het smelten van de wanden en het uitstoten van de vloeibare fractie die ontstaat door overmatige dampspanning.De huidige industrie maakt momenteel veel gebruik van laserboren van gaten in diamanten, voor een hoge precisie en controle over de vorming van gaten in het boorproces.

Het boren van gaten met metaalboren met een diameter van minder dan 0,25 mm is een lastige praktische taak, terwijl laserboren maakt het mogelijk om gaten te verkrijgen met een diameter die overeenkomt met de golflengte van de straling, met een voldoende hoge plaatsingsnauwkeurigheid.

Uit experimenten is bekend dat de technische kenmerken en kenmerken van precisielasersnijden van dunne metalen platen in het algemeen worden bepaald door dezelfde omstandigheden en factoren als de technische kenmerken van de processen. multipuls laserboren . De gemiddelde breedte van een doorlopende snede in dunne metalen platen is meestal 30 - 50 micron over de gehele lengte van het monster, hun wanden zijn bijna evenwijdig, het oppervlak bevat geen grote defecten en vreemde insluitsels. Een van de kenmerken van snijden met gepulseerde straling is de mogelijkheid van het zogenaamde kanalisatie-effect. Dit effect komt tot uiting in het meevoeren van een kwalitatieve (diffractie)bundel in het kanaal gevormd door eerdere pulsen door middel van herreflectie vanaf de wand. De vorming van een nieuw kanaal begint na de verplaatsing van de gehele diffractiebundel voorbij de contouren van de vorige. Dit proces bepaalt de beperkende ruwheid van de snijwand en kan de nauwkeurigheid van de snede stabiliseren door de instabiliteit van het directionele patroon tijdens multi-pass bewerking te compenseren. In dit geval was de ruwheid van de snijranden meestal niet groter dan 4-5 m, wat als redelijk bevredigend kan worden beschouwd.

Lasers voeren ook zo'n bewerking uit als het opruwen van gebruikte matrijzen naar de volgende grotere diameter volgens de norm. Als deze bewerking tijdens mechanisch boren ongeveer 20 uur duurde, dan met laserboren vereist slechts enkele tientallen pulsen. Het totale tijdsinterval is ongeveer 15 minuten voor het voorbewerken van één matrijs.

Het boren van gaten is misschien wel een van de eerste gebieden van lasertechnologie. Het proces is momenteel laserboren wordt een onafhankelijke richting van lasertechnologie en neemt een aanzienlijk aandeel in de binnen- en buitenlandse industrie. De materialen die met een laserstraal moeten worden geboord, zijn onder meer niet-metalen zoals diamanten, robijnstenen, ferrieten, keramiek, enz., waarin het boren van gaten met conventionele methoden moeilijk of ineffectief is.

Bij het boren van gaten in dikke materialen hebben echter enkelvoudige pulsen met hoge energie de voorkeur. Diafragmatie van de laserstroom maakt het mogelijk om gevormde gaten te verkrijgen, maar deze methode wordt vaker gebruikt bij de verwerking van dunne films en niet-metalen materialen. In dat geval, tot wanneer ik laserboren wordt geproduceerd in dunne platen met een dikte van minder dan 0,5 mm, is er enige eenwording van het proces, dat erin bestaat dat gaten met een diameter van 0,001 tot 0,2 mm in alle metalen kunnen worden gemaakt met relatief lage vermogens. Bij grote diktes, volgens Fig. 83, verschijnt er een niet-lineariteit vanwege het screeningseffect.

Zelfs eerder werd opgemerkt dat het gebruik van flexibele PCB's hun betrouwbaarheid verhoogt, de montagetijd van apparaten met honderden uren verkort en een 2-4 keer meer volume en massa oplevert in vergelijking met het gebruik van stijve PCB's in de MEA . Nu kan de reeds bestaande rem op de ontwikkeling van flexibele software, namelijk het bekende conservatisme van ontwerpers die gewend zijn met conventionele software te werken, als een gepasseerd stadium worden beschouwd. In dit geval wordt de taak van het verminderen van mechanische spanningen tussen de PCB en de LSI die erop in de kristalhouder is geïnstalleerd, vergemakkelijkt en wordt het ook mogelijk om laserboren van subminiatuurgaatjes met een diameter van 125 micron (in plaats van 800 micron in conventionele PCB's) voor tussenlaagschakeling door ze continu te vullen met koper. Ten slotte is de flexibele polyimide-printplaat transparant, waardoor visuele inspectie van alle soldeerverbindingen in elke laag onder zorgvuldig geselecteerde lichtomstandigheden mogelijk is.

Conclusie

Tot slot wil ik er enkele uitlichten: algemene problemen implementatie van lasertechnologieën in moderne productie.

De eerste stap in de totstandkoming van een lasertechnologische installatie is de ontwikkeling van een technische opgave. In veel gevallen proberen klanten op veilig te spelen en kenmerken in te voeren die de werkelijke productiebehoeften ver overtreffen. Als gevolg hiervan stijgen de kosten van apparatuur met 30-50%. Paradoxaal genoeg zijn de reden hiervoor in de regel de relatief hoge kosten van lasersystemen. Veel bedrijfsleiders denken als volgt:

"... als ik nieuwe dure apparatuur koop, dan moet het qua eigenschappen de momenteel vereiste normen overtreffen, "misschien", zal het ooit van pas komen voor mij ...". Als gevolg hiervan worden de potentiële mogelijkheden van de apparatuur nooit gebruikt en neemt de terugverdientijd toe.

Een voorbeeld van een dergelijke aanpak is de overgang van mechanisch markeren van onderdelen naar lasermarkeren. De belangrijkste markeringscriteria zijn het contrast van de inscriptie en de slijtvastheid. Het contrast wordt bepaald door de verhouding van de breedte en diepte van de graveerlijn. De minimale lijnbreedte voor mechanisch graveren is ongeveer 0,3 mm. Om een contrasterende inscriptie te verkrijgen, moet de diepte ongeveer 0,5 mm zijn. Daarom wordt bij het opstellen van het bestek voor een laserinstallatie in veel gevallen rekening gehouden met deze parameters. Maar de lijnbreedte tijdens lasergraveren is respectievelijk 0,01-0,03 mm, de diepte van de inscriptie kan 0,05 mm worden gemaakt, d.w.z. een orde van grootte minder dan bij een mechanische. Daarom kan de relatie tussen laservermogen en markeertijd worden geoptimaliseerd in verhouding tot de kosten van het systeem. Hierdoor wordt de prijs van de laserinstallatie verlaagd en daarmee de terugverdientijd.

De introductie van lasertechnologieën maakt het in veel gevallen mogelijk om "oude" problemen op te lossen met fundamenteel nieuwe methoden. Een klassiek voorbeeld hiervan is het aanbrengen van beschermende opschriften, merken, etc. op producten ter bescherming tegen namaak. De mogelijkheden van lasertechnologie maken het mogelijk om een beveiligingsinscriptie te herkennen aan een enkele regel in de inscriptie. De mogelijkheid om cryptografische methoden te gebruiken stelt u in staat om "dynamische" bescherming tegen vervalsing te implementeren, d.w.z. terwijl de algemene tekening wordt opgeslagen, veranderen na een bepaalde tijd enkele elementen die alleen door experts herkenbaar zijn of speciale apparatuur. Onbereikbaar voor mechanische namaakmethoden is de mogelijkheid om met een laser een kleine richel (3-10 micron) te maken van metaalemissies aan de randen van de graveerlijn. Het complexe gebruik van dergelijke technieken minimaliseert de kans op vervalsing en maakt het economisch onrendabel.

Implementatie van lasertechnologieën in dit stadium technologische ontwikkeling (de overgang van 'wild' kapitalisme naar normale productie) is slechts een van de opties voor het begin van de vorming van wat hightechproductie wordt genoemd. De kleine ondernemingen die meerdere van dit soort lasersystemen gebruiken, hebben de wet van de dialectiek van de overgang van kwantiteit naar kwaliteit bevestigd. Nieuwe apparatuur vereist fundamenteel nieuwe onderhoudsmethoden, waarbij in de regel meer aandacht van het personeel nodig is en de "reinheid" in de ruimte waarin deze zich bevindt, wordt gehandhaafd. Die. er is een overgang naar kwaliteit nieuw level productie cultuur. Tegelijkertijd neemt het aantal werknemers gewoonlijk af en beginnen bedrijfsmanagers de problemen op te lossen van het organiseren van het werk van niet een "arbeidsteam", maar het optimaliseren van het werk van een onderneming waarin werknemers slechts een integraal onderdeel zijn van de technologische Verwerken. Ongeacht of deze productie zal blijven gebruiken lasertechnologie of niet, de opgedane ervaring en de gevormde cultuur zullen nergens verdwijnen. Dit is wat waarnemers van buitenaf gewoonlijk een technologische of wetenschappelijke en technologische revolutie noemen, hoewel het in feite een normaal evolutionair proces is. De geschiedenis van de ontwikkeling van veel grote technologiebedrijven laat zien dat op een bepaald moment beginfases ontwikkeling, hadden ze allemaal een vergelijkbaar overgangsstadium. Het kan gebeuren dat we ons momenteel in een fase van technologische ontwikkeling bevinden waar relatief kleine investeringen in nieuwe technologieën nu leiden tot grote opbrengsten in de toekomst. In synergetica, de wetenschap van zelforganiserende systemen, is een dergelijke situatie onderworpen aan de "vlinderwet" (R. Bradbury "And Thunder roared ..."), die het proces beschrijft wanneer kleine veranderingen in het verleden of heden leiden tot wereldwijde implicaties in de toekomst.

Lijst met gebruikte literatuur

1. Rykalin NN Laserbewerking van materialen. M., Mashinostroenie, 1975, 296 p.

2. Grigoryants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Technologische processen van laserverwerking: Proc. handleiding voor universiteiten / Ed. AG Grigoryanten. - M.: Uitgeverij van MSTU im. N.E. Bauman, 2006. -664 p.

3. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Het gebruik van lasers in de machinebouw en het maken van instrumenten. - L., Werktuigbouwkunde. Leningrad. afdeling, 1978, 336 p.

Gehost op Allbest.ru

...

Vergelijkbare documenten

Ontwikkeling van een machine voor het boren van gaten in de rug van een boekblok met drukwerk. Analyse van bestaande apparatuur voor het boren van gaten, de tekortkomingen ervan. Ontwikkeling technologisch schema werktuigmachine en boorkopontwerp.

proefschrift, toegevoegd 29-07-2010

Stadia van het ontwikkelen van een gereedschap voor het boren van gaten in onderdelen: het werkstuk in een horizontaal vlak op het oppervlak baseren, apparatuur voor het technologische proces kiezen, snijcondities berekenen, fabricagefouten en nauwkeurigheid van de opspanning.

scriptie, toegevoegd 16-11-2010

Technologische basis van het proces van het boren van gaten. Soorten machines en hun belangrijkste componenten. Invloed van het materiaal en geometrische elementen van de boor. De geometrische parameters van het snijgedeelte van de boren wijzigen. De belangrijkste manieren van afwerkingsbewerkingen voor de vervaardiging van boren.

proefschrift, toegevoegd 30/09/2011

Geschiedenis van metaalsnijmachines. Het doel van boren is bewerkingen voor het verkrijgen van gaten in verschillende materialen tijdens hun verwerking, met als doel gaten te maken voor draadsnijden, ruimen, ruimen. Belangrijkste soorten rekken.

presentatie, toegevoegd 10/05/2016

De belangrijkste problemen bij het verwerken van gaten. Instelmogelijkheden voor diepboren. Functies van de smeervloeistof, methoden van levering. Soorten diep boren. Bevredigende spaanvorming en verwijdering uit het gat.

trainingshandleiding, toegevoegd 12/08/2013

Beschrijving van technologische bewerkingen - boren en ruimen om gaten in het detail "geleiderplaat" te verkrijgen. De keuze van werktuigmachines voor de verwerking ervan. Het principe van zijn werking en berekening voor nauwkeurigheid. Bepaling van snijcondities en klemkracht.

scriptie, toegevoegd 17/01/2013

De vorming van gaten in massief metaal door te boren, de nauwkeurigheid van hun verwerking, een set gereedschappen; oppervlakteruwheidsklasse. Boren, verzinken, ruimen modi. Ontwikkeling van een opspanschema voor onderdelen; berekening van de basisfout en klemkracht.

laboratoriumwerk, toegevoegd 29-10-2014

Boren, ruimen, verzinken en ruimen van gaten in grote en zware onderdelen. Materiaalsoorten aanbevolen voor schaafmachines, hun kenmerken. Berekening van de snijmodus voor de vervaardiging van langsdraaien van een stalen as.

controlewerk, toegevoegd 21-11-2010

lasertechnologie. Het werkingsprincipe van lasers. Basiseigenschappen van een laserstraal. Monochromaticiteit van laserstraling. Zijn macht. Gigantisch momentum. Het gebruik van een laserstraal in de industrie en technologie, geneeskunde. Holografie.

samenvatting, toegevoegd 23-11-2003

Boren is het proces van het maken van gaten in een vast materiaal met behulp van een gereedschap dat een boor wordt genoemd. Bepaling van de belangrijkste factoren die de nauwkeurigheid van het technologische proces beïnvloeden, bestaande bewegingen: rotatie- en translatiegericht.

Lasertechnologieën kunnen een steeds belangrijkere rol spelen bij de industriële verwerking van materialen. Ze voeren met succes snijden, lassen, boren, thermische oppervlaktebewerking, aftekenen uit en anderen activiteiten. De voordelen hiervan zijn onder meer een hogere productiviteit, perfecte kwaliteit, uniekheid van bewerkingen die worden uitgevoerd op onbereikbare plaatsen of zeer kleine oppervlakken. Automatische systemen voor het positioneren en focussen van de lasercomplexen maken hun toepassing nog efficiënter en het bedieningsgemak schept voorwaarden voor hun brede implementatie in productieprocessen

SN Kolpakov, AA Aanvaarding,
LLC "Alt laser", Charkov

Momenteel voert de laser met succes een aantal technologische bewerkingen uit, voornamelijk zoals snijden, lassen, boren, oppervlaktewarmtebehandeling, schrijven, markeren, graveren, enz., en biedt in sommige gevallen voordelen ten opzichte van andere soorten verwerking. Zo kan het boren van gaten in het materiaal sneller worden voltooid en is het schrijven van ongelijksoortige materialen perfecter. Bovendien worden sommige soorten operaties die voorheen onmogelijk waren vanwege de verhoogde arbeidsintensiteit, met groot succes uitgevoerd. Het lassen van materialen en het boren van gaten kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd door glas in een vacuüm of een atmosfeer van verschillende gassen.

Industriële materiaalverwerking is een van de gebieden geworden waar lasers het meest worden gebruikt. Vóór de komst van lasers waren de belangrijkste warmtebronnen voor technologische verwerking een gasbrander, een elektrische boogontlading, een plasmaboog en een elektronenstraal. Met de komst van lasers die hoge energie uitstralen, bleek het mogelijk om hoge lichtstroomdichtheden op het behandelde oppervlak te creëren. De rol van lasers als lichtbronnen die in continue, gepulseerde of gigantische pulsmodus werken, is om het oppervlak van het verwerkte materiaal te voorzien van een vermogensdichtheid die voldoende is voor verwarming, smelten of verdamping, die de basis vormen van lasertechnologie.

Momenteel voert de laser met succes een aantal technologische bewerkingen uit, voornamelijk zoals snijden, lassen, boren van gaten, oppervlaktewarmtebehandeling, aftekenen, markeren, graveren, enz., en biedt in sommige gevallen voordelen ten opzichte van andere soorten verwerking. Zo kan het boren van gaten in het materiaal sneller worden voltooid en is het schrijven van ongelijksoortige materialen perfecter. Daarnaast worden sommige soorten operaties die voorheen onmogelijk waren uit te voeren vanwege de moeilijke toegankelijkheid met groot succes uitgevoerd. Het lassen van materialen en het boren van gaten kan bijvoorbeeld door glas worden uitgevoerd in een vacuüm of een atmosfeer van verschillende gassen.

Het woord "laser" is samengesteld uit de beginletters van de Engelse uitdrukking Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, wat in het Russisch vertaald betekent: versterking van licht door gestimuleerde emissie . Klassiek gebeurde het zo dat bij het beschrijven vanogieën de belangrijkste aandacht alleen wordt besteed aan lasers zelf, hun werkingsprincipes en technische parameters. Om echter elk proces van laserdimensionale verwerking van materialen te implementeren, heeft men naast de laser ook een bundelfocussysteem, een apparaat voor het regelen van de beweging van de bundel langs het oppervlak van het werkstuk of een apparaat voor het verplaatsen van de product ten opzichte van de straal, een gasblaassysteem, optische geleidings- en positioneringssystemen, besturingssoftwareprocessen van lasersnijden, graveren, enz. In de meeste gevallen is de keuze van parameters van apparaten en systemen die de laser direct bedienen niet minder belangrijk dan de parameters van de laser zelf. Bijvoorbeeld voor het markeren van lagers met een diameter van minder dan 10 mm of precisiepuntlaserlassen, overschrijdt de tijd die wordt besteed aan het positioneren van het product en het scherpstellen de tijd van het graveren of lassen met een of twee ordes van grootte (de tijd van het markeren van het lager is ongeveer 0,5 s). Daarom wordt het gebruik van lasersystemen zonder het gebruik van automatische positionerings- en focussystemen in veel gevallen economisch ondoelmatig. De analogie van lasersystemen met auto's laat zien dat de laser als motor fungeert. Hoe goed de motor ook is, maar zonder wielen en al het andere gaat de auto niet.

Een andere belangrijke factor bij het kiezen van lasertechnologiesystemen is hun onderhoudsgemak. Zoals de praktijk heeft aangetoond, hebben operators lage kwalificaties voor het onderhoud van dergelijke apparatuur. Een van de redenen hiervoor is dat lasersystemen in de meeste gevallen worden geïnstalleerd om verouderde technologische processen te vervangen (impact en chemische markering van producten, mechanisch graveren, handmatig lassen, handmatig markeren, enz.). De hoofden van ondernemingen die hun productie moderniseren, laten in de regel om ethische redenen oude apparatuur door nieuwe vervangen, het oude (letterlijk en figuurlijk) servicepersoneel. Daarom is het voor de introductie van lasertechnologische systemen in productie onder de gegeven beginvoorwaarden van zijn ontwikkeling (in de post-Sovjetrepublieken) noodzakelijk om te zorgen voor het hoogst mogelijke niveau van automatisering en gemakkelijke training. We mogen niet voorbijgaan aan het feit dat het salaris van ongeschoold personeel lager is dan dat van een geschoolde specialist. Daarom is het voordeliger om complexe apparatuur aan te schaffen met onderhoudsgemak dan hooggekwalificeerd personeel uit te nodigen.

Elk lasersysteem dat is ontworpen voor dimensionale verwerking van materialen, wordt gekenmerkt door de volgende parameters:

verwerkingssnelheid (snijden, graveren, enz.);
oplossing;
nauwkeurigheid van de verwerking;
de grootte van het werkveld;
scala aan verwerkingsmaterialen (ferrometalen, non-ferrometalen, hout, kunststoffen, enz.);
reeks maten en gewichten van voor verwerking bestemde producten;
productconfiguratie (bijvoorbeeld gravure op vlakke, cilindrische, golvende oppervlakken);
de benodigde tijd voor het wijzigen van de uitgevoerde taken (wijziging van het graveerpatroon, configuratie van de snijlijn, wijzigen van het verwerkingsmateriaal, enz.);
installatie- en positioneringstijd van het product;
parameters van omgevingsomstandigheden (temperatuurbereik, vochtigheid, stofgehalte) waarin het systeem kan worden gebruikt;
eisen voor de kwalificatie van servicepersoneel.

Op basis van deze parameters wordt het type laser, het beam sweep-apparaat geselecteerd, het ontwerp van de bevestiger van het product ontwikkeld, het niveau van automatisering van het systeem als geheel, de kwestie van de noodzaak om gespecialiseerde programma's te schrijven voor het voorbereiden tekenbestanden, snijlijnen, enz. wordt beslist.

De belangrijkste technische kenmerken die de aard van de verwerking bepalen, zijn de energieparameters van de laser - energie, vermogen, energiedichtheid, pulsduur, ruimtelijke en temporele structuren van straling, ruimtelijke verdeling van stralingsvermogensdichtheid in de focusvlek, focusomstandigheden, fysieke eigenschappen van het materiaal (reflectiviteit, thermofysische eigenschappen, smeltpunt, enz.).

Laserboren van gaten in metalen

Het gebruik van een laser als boorgereedschap heeft voordelen.

Er is geen mechanisch contact tussen het boorgereedschap en het materiaal, evenals breuk en slijtage van de boren.

Er wordt een grotere verhouding tussen diepte en diameter van het boren bereikt dan bij andere boormethoden het geval is.

Zowel bij het boren als bij het snijden hebben de eigenschappen van het te bewerken materiaal een aanzienlijke invloed op de laserparameters die nodig zijn om de bewerking uit te voeren. Het boren wordt uitgevoerd door gepulseerde lasers die zowel in de vrijlopende modus werken met een pulsduur in de orde van 1 μs, als in de Q-geschakelde modus met een duur van enkele tientallen nanoseconden. In beide gevallen is er een thermisch effect op het materiaal, het smelten en verdampen ervan. Het gat groeit in diepte voornamelijk door verdamping, en in diameter - door het smelten van de wanden en de uitstroom van vloeistof onder de gecreëerde overmatige dampdruk.

Typisch worden diepe gaten met de gewenste diameter verkregen met behulp van repetitieve laserpulsen met lage energie. In dit geval worden gaten met een kleinere tapsheid en een betere kwaliteit gevormd dan gaten die zijn verkregen met een hogere energie van een enkele puls. De uitzondering zijn materialen die elementen bevatten die een hoge dampdruk kunnen creëren. Het is dus erg moeilijk om messing te lassen met lasergepulseerde straling vanwege het hoge zinkgehalte, maar bij het boren heeft messing enkele voordelen, omdat zinkatomen het verdampingsmechanisme aanzienlijk verbeteren.

Lasers die worden gebruikt voor het boren van gaten in metaal dienen een gefocusseerde straal te verschaffen met een vermogensdichtheid in de orde van grootte van 107 - 108 W/cm2. Het boren van gaten met metaalboren met een diameter van minder dan 0,25 mm is een lastige praktische taak, terwijl laserboren het mogelijk maakt om gaten te verkrijgen met een diameter die overeenkomt met de stralingsgolflengte met een voldoende hoge plaatsingsnauwkeurigheid. Specialisten van het bedrijf "General Electric" (VS) berekenden dat het laserboren van gaten in vergelijking met elektronenstraalverwerking een hoog economisch concurrentievermogen heeft (tabel 1). Momenteel worden vastestoflasers voornamelijk gebruikt voor het boren van gaten. Ze bieden een pulsherhalingsfrequentie tot 1000 Hz en een vermogen in continue modus van 1 tot 103 W, in pulsmodus tot honderden kilowatts en in Q-geschakelde modus tot enkele megawatts. Enkele resultaten van verwerking door dergelijke lasers worden gegeven in de tabel. 2.

Laserlassen van metalen

Laserlassen in zijn ontwikkeling had twee fasen. Aanvankelijk werd puntlassen ontwikkeld. Dit werd verklaard door de aanwezigheid in die tijd van krachtige gepulseerde vastestoflasers. Op dit moment is het mogelijk om in aanwezigheid van CO 2 -gas met hoog vermogen en vastestof Nd:YAG-lasers die continue en pulscontinue straling leveren, naadlassen met een penetratiediepte tot enkele millimeters mogelijk te maken. Laserlassen heeft een aantal voordelen ten opzichte van andere soorten lassen. In de aanwezigheid van hoge dichtheid lichtstroom en optisch systeem, lokale penetratie in gegeven punt met grote precisie. Deze omstandigheid maakt het mogelijk om materialen te lassen op moeilijk bereikbare plaatsen, in een vacuüm- of gasgevulde kamer met daarin ramen die transparant zijn voor laserstraling. Het lassen van bijvoorbeeld micro-elektronische elementen in een kamer met een atmosfeer van inert gas is van bijzonder praktisch belang, omdat er in dit geval geen oxidatiereacties zijn.

Het lassen van onderdelen gebeurt bij veel lagere vermogensdichtheden dan bij snijden. Dit wordt verklaard door het feit dat tijdens het lassen alleen verwarming en smelten van het materiaal nodig is, d.w.z. er zijn vermogensdichtheden nodig die nog onvoldoende zijn voor intensieve verdamping (105 - 106 W / cm 2), met een pulsduur van ongeveer 10 -3 -10 -4 met. Aangezien de laserstraling gericht op het materiaal dat wordt verwerkt een oppervlaktewarmtebron is, wordt de warmteoverdracht naar de diepte van de gelaste onderdelen uitgevoerd vanwege thermische geleidbaarheid en verandert de penetratiezone in de loop van de tijd met een correct geselecteerde lasmodus. In het geval van onvoldoende vermogensdichtheden treedt niet-penetratie van de gelaste zone op en in aanwezigheid van hoge vermogensdichtheden wordt metaalverdamping en de vorming van gaten waargenomen.

Lassen kan worden uitgevoerd op een gaslasersnijmachine met een lager vermogen en met een zwakke slag van inert gas in de laszone. Met een CO 2 laservermogen van ongeveer 200 W is het mogelijk om staal tot 0,8 mm dik te lassen met een snelheid van 0,12 m/min; de kwaliteit van de naad is niet slechter dan bij elektronenstraalverwerking. Elektronenstraallassen heeft iets hogere lassnelheden, maar het wordt uitgevoerd in een vacuümkamer, wat veel ongemak veroorzaakt en aanzienlijke totale tijdskosten met zich meebrengt.

In tafel. Figuur 3 toont gegevens over stuiklassen met een CO 2 -laser met een vermogen van 250 W van verschillende materialen.

Bij andere stralingsvermogens van de C02-laser werden de naadlasgegevens gegeven in Tabel 1 verkregen. 4. Bij het lassen met een overlap, stomp en hoek werden de snelheden verkregen die dicht bij die in de tabel liggen, met volledige penetratie van het te lassen materiaal in de impactzone van de balk.

Laserlassystemen zijn in staat om ongelijke metalen te lassen, met minimale thermische effecten vanwege de kleine afmeting van de laservlek, en ook om dunne draden met een diameter van minder dan 20 micron in een draad-draad- of draadplaatpatroon te lassen.

Literatuur

1. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Het gebruik van lasers in de machinebouw en het maken van instrumenten. - L.: Werktuigbouwkunde. Leningrad. afdeling, 1978. - 336 d.

2. Rykalin NN Laserbewerking van materialen. - M., Mashinostroenie, 1975. - 296 d.

Gaten boren in horlogestenen - dit was het begin van de arbeidsactiviteit van de laser. We hebben het over robijnstenen, die in horloges worden gebruikt als glijlagers. Bij de vervaardiging van dergelijke lagers is het nodig om gaten te boren in robijn - een zeer hard en tegelijkertijd kwetsbaar materiaal - gaten met een diameter van slechts 1-0,05 mm. Gedurende vele jaren werd deze sieradenbewerking uitgevoerd met de gebruikelijke mechanische methode met behulp van boren gemaakt van dun pianodraad met een diameter van 40-50 micron. Zo'n boor maakte tot 30 duizend omwentelingen per minuut en voerde tegelijkertijd ongeveer honderd heen en weer gaande bewegingen uit. Het duurde tot 10-15 minuten om een steen te boren.
Vanaf 1964 werd het inefficiënte mechanisch boren van horlogestenen overal vervangen door laserboren. Natuurlijk moet de term "laserboren" niet letterlijk worden genomen; De laserstraal boort geen gat, maar doorboort het, waardoor het materiaal sterk verdampt. Tegenwoordig is laserboren van horlogestenen gemeengoed. Hiervoor worden ze met name gebruikt
29

ness, neodymium glaslasers. Een gat in de steen (met een werkstukdikte van 0,5-1 mm) wordt geponst door een reeks van meerdere laserpulsen met een energie van 0,5-1 J. De productiviteit van de lasermachine in automatische modus is een steen per seconde. Dit is duizend keer hoger dan de productiviteit van mechanisch boren!
Kort na zijn geboorte kreeg de laser de volgende taak, die hij net zo goed aankon: gaten boren in diamanten matrijzen. Misschien weet niet iedereen dat om een zeer dunne draad van koper, brons, wolfraam te verkrijgen, de technologie wordt gebruikt om het metaal door een gat met de juiste diameter te trekken. Dergelijke gaten worden geboord in materialen met een bijzonder hoge hardheid, omdat tijdens het trekken van de draad de diameter van het gat ongewijzigd moet blijven. Diamant staat bekend als de moeilijkste. Daarom is het het beste om een dunne draad door een gat in de diamant te trekken - door de zogenaamde diamanten matrijzen. Alleen met behulp van diamanten matrijzen is het mogelijk om een ultradun draadje te verkrijgen met een diameter van slechts 10 micron. Maar hoe boor je een dun gaatje in een superhard materiaal als diamant? Het is erg moeilijk om dit mechanisch te doen - het duurt tot tien uur om mechanisch één gat in een diamanten matrijs te boren. Maar zoals later bleek, is het niet moeilijk om door dit gat te breken met een reeks van verschillende krachtige laserpulsen. />Laserboren wordt tegenwoordig veel gebruikt, niet alleen voor bijzonder harde materialen, maar ook voor materialen die worden gekenmerkt door verhoogde brosheid. De laserboor bleek niet alleen krachtig, maar ook een zeer delicaat "gereedschap". Laten we het als voorbeeld hebben over het probleem van het boren van gaten in microcircuitsubstraten gemaakt van aluminiumoxide-keramiek. Keramiek is extreem broos. Om deze reden werd mechanisch boren van gaten in het substraat van de microschakeling in de regel op het "ruwe" materiaal uitgevoerd. Keramiek werd gebakken na het boren. In dit geval trad er enige vervorming van het product op, de relatieve positie van de geboorde gaten was vervormd. Het probleem werd opgelost met de komst van laserboren. Hiermee is het mogelijk om te werken met keramische substraten die al
30

Zo ziet een gat in een diamanten dobbelsteen er in doorsnede uit. Laserpulsen doorboren een ruw kanaal in een onbewerkte diamant. Vervolgens behandelen ze het kanaal met ultrageluid, slijpen en polijsten, ze geven het het nodige profiel. De draad die wordt verkregen door door de matrijs te trekken heeft een diameter d
Deze nette gaatjes, met een diameter van 0,3 mm, worden met behulp van een CO2-laser in een 0,7 mm dikke keramische plaat van aluminiumoxide geponst.

mal. Met behulp van lasers worden zeer dunne gaatjes geboord in keramiek - met een diameter van slechts 10 micron. Merk op dat dergelijke gaten niet kunnen worden verkregen door mechanisch te boren.
Dat boren de roeping van de laser is, daar twijfelde niemand aan. Hier had de laser eigenlijk geen waardige concurrenten, vooral niet als het ging om het boren van zeer dunne en zeer diepe gaten, wanneer er gaten geboord moesten worden in zeer brosse of zeer harde materialen. Er ging relatief korte tijd voorbij en het werd duidelijk dat de laser

de balk kan niet alleen met succes worden gebruikt voor boren, maar ook voor vele andere materiaalbewerkingen. Dus vandaag kunnen we praten over de opkomst en ontwikkeling van een nieuwe technologie - laser.

Specialisten hebben veel manieren ontwikkeld om diamanten te verwerken om de kwaliteit van deze stenen te verbeteren. De meest bewezen manier om de kwaliteit van diamanten te verbeteren is laserboren.

Deze vorm van diamantbewerking werd in de jaren 70 van de vorige eeuw voor het eerst toegepast in de handelspraktijk. Donkere insluitsels zoals magnetieten, pyrrhotieten en koolstofinsluitsels verbeteren de optische eigenschappen van de steen niet en trekken bovendien geen kopers aan. Tijdens het laserboorproces worden deze insluitsels burn-out, opgelost met salpeterzuur of zwavelzuur of geklaard.

De laserstraal van een speciaal apparaat, een kwantumgenerator in het IR-bereik met een golflengte van ongeveer 1060 nm, boort een microgaatje met een diameter van niet meer dan 20-60 micron. 20 micron is gelijk aan 0,02 mm, de dikte van een mensenhaar. diamant boren uitgevoerd tot een diepte van niet meer dan 1,6 mm. Dit proces duurt gemiddeld 30 minuten of langer.

Er is een manier om donkere insluitsels lichter te maken. Door het door de laserstraal geboorde gat komt lucht binnen, onder invloed waarvan de kleur van de insluiting aanzienlijk lichter kan worden. Een andere manier van ophelderen is dat een reagens in een vacuümomgeving in het kanaal van het lasergat wordt gebracht, waardoor de insluiting helderder wordt of volledig oplost. Het eindresultaat hangt af van chemische samenstelling deze opname.

Bij een tienvoudige vergroting onder een microscoop of onder een vergrootglas is het niet moeilijk om de kanaaltjes van de lasergaatjes te zien, ook al zijn ze verzegeld. Zij hebben soort trechter op het oppervlak en rechte lijnen witachtig van binnen. Sinds kort worden vanwege de hoge brekingsindex stoffen als kunsthars of was gebruikt om de kanalen te vullen. Na het vullen van het kanaal met de juiste substantie wordt het kanaal afgedicht. Hoewel afgedichte gaten minder zichtbaar zijn aan het oppervlak en minder vatbaar zijn voor vervuiling, kan gereflecteerd licht een "krater" op de boorplaats vertonen. Ronde inkepingen op het oppervlak kunnen ook worden gevoeld met de punt van een naald. Houd er rekening mee dat als tijdens het boren van een gat de laserstraal in een zone van sterk is gevallen interne stress, dan vormen zich gemakkelijk waarneembare spannings- en splijtscheuren rond het kanaal.

Er doen zich problemen voor bij het evalueren van dergelijke stenen. Natuurlijk zijn de visuele gemologische kenmerken merkbaar verbeterd, maar boren creëert kunstmatige defecten in de vorm van kleine scheurtjes.

Diamanten zijn geclassificeerd als: bepaalde groep netheid, rekening houdend met hun verschijning en de aanwezigheid van geboorde gaten. Opgemerkt moet worden dat het doel van laserboren niet is om de helderheid van een diamant te vergroten, maar om donkere insluitsels lichter te maken. Dit leidt tot een verbetering van het uiterlijk van de steen en trekt meer kopers aan.

De relevante kwaliteitscertificaten, facturen en andere documenten moeten informatie bevatten over de resultaten van menselijk ingrijpen en de aanwezigheid van laserboorgaten.

Recent ontwikkeld nieuwe laserverwerkingsmethode diamanten, waarbij het kanaal niet naar de oppervlakte wordt gebracht. Dit type bewerking is geschikt voor diamanten met donkere insluitsels dicht bij het oppervlak. De toepassing van deze methode garandeert echter nog steeds niet de afwezigheid van nieuwe splijt- en spanningsscheuren, "veren" en microscheurtjes rond de insluitsels. Dergelijke gebreken die bestonden vóór verwerking, na toepassing deze methode kan intensiveren. Aan de andere kant kunnen nieuwe scheuren, die de oppervlakte bereiken, de rol van kanalen spelen. Wanneer zuren in deze kanalen worden geïntroduceerd, worden de insluitsels lichter. Deze methode is niet voor alle stenen geschikt, maar diamanten met donkere insluitsels gelegen nabij het oppervlak, met kleine scheurtjes - een ideaal materiaal voor deze methode van raffinage.

De essentie van deze methode van laserbewerking ligt in het feit dat lasers in een pulserende modus precies op de plaats van inclusie worden gefocust. Als resultaat van het proces komt er een aanzienlijke hoeveelheid warmte vrij, wat bijdraagt aan de verspreiding van scheuren naar het oppervlak van de steen. Het is dus niet nodig om een kanaal te boren met de vorming van een trechter op het oppervlak. Het oplosmiddel, dat gemakkelijk door nieuwe scheuren naar de insluiting dringt, verheldert het of lost het op. Maar deze methode kan leiden tot de vorming van kuilen en holtes op het oppervlak van de steen met het verschil dat hun vorm niet zo perfect rond zal zijn en de afmetingen iets kleiner zullen zijn.

Een andere laserverwerkingsmethode: ontwikkeld door Israëlische experts in de vroege jaren 2000. Ze noemden hem KM (afkorting van de woorden "Kiduah Meuhad"), wat in het Hebreeuws 'speciaal boren' betekent. De in Antwerpen populaire methode wordt gebruikt om onder speciale omstandigheden donkere insluitsels met microscheurtjes op te lichten met zuur. Een laserstraal wordt gericht op het defect dat zich het dichtst bij het oppervlak bevindt, waardoor het defect zich voortplant naar het oppervlak.

Na laserbelichting wordt de diamant in geconcentreerd zuur en onder druk tot een hoge temperatuur verwarmd. Dankzij de gecreëerde omstandigheden dringt het zuur door voordat het wordt ingeschakeld en lost het op.

Diamanten na KM-behandeling kunnen worden geïdentificeerd door de aanwezigheid van blauwachtig bruinachtige tinten in gereflecteerd licht op plaatsen kunstmatig gecreëerde scheuren vooral bij het rollen van steen. Hetzelfde kan niet gezegd worden over diamanten, die worden verwerkt met behulp van traditionele laserboortechnologie met de vorming van merkbare gaten in het oppervlak. Bovendien kan men in diamanten die zijn verwerkt met de CM-methode soms lichte overblijfselen van een zwartachtige substantie opmerken in de vorm van onregelmatige lijnen op het oppervlak van spanningsscheuren die zijn gevormd tijdens de laserbelichting.

Industriële materiaalverwerking is uitgegroeid tot een van de meest gebruikte lasers. Vóór de komst van lasers waren de belangrijkste warmtebronnen voor technologische verwerking een gasbrander, een elektrische boogontlading, een plasmaboog en een elektronenstraal. Met de komst van lasers die hoge energie uitstralen, bleek het mogelijk om hoge lichtstroomdichtheden op het behandelde oppervlak te creëren. De rol van lasers als lichtbronnen die in continue, gepulseerde of gigantische pulsmodus werken, is om het oppervlak van het verwerkte materiaal te voorzien van een vermogensdichtheid die voldoende is voor verwarming, smelten of verdamping, die de basis vormen van lasertechnologie.
Momenteel voert de laser met succes een aantal technologische bewerkingen uit, voornamelijk zoals snijden, lassen, boren van gaten, oppervlaktewarmtebehandeling, aftekenen, markeren, graveren, enz., en biedt in sommige gevallen voordelen ten opzichte van andere soorten verwerking. Zo kan het boren van gaten in het materiaal sneller worden voltooid en is het schrijven van ongelijksoortige materialen perfecter. Daarnaast worden sommige soorten operaties die voorheen onmogelijk waren uit te voeren vanwege de moeilijke toegankelijkheid met groot succes uitgevoerd. Het lassen van materialen en het boren van gaten kan bijvoorbeeld door glas worden uitgevoerd in een vacuüm of een atmosfeer van verschillende gassen.
Het woord "laser" is samengesteld uit de beginletters van de Engelse uitdrukking Light Amplification by Stimulated Emi ion of Radiation, wat in vertaling in het Russisch betekent: versterking van licht door gestimuleerde emissie. Klassiek gebeurde het zo dat bij het beschrijven vanogieën de belangrijkste aandacht alleen wordt besteed aan lasers zelf, hun werkingsprincipes en technische parameters. Om echter elk proces van laserdimensionale verwerking van materialen te implementeren, moet naast de laser, een bundelfocussysteem, een apparaat voor het regelen van de beweging van de bundel langs het oppervlak van het werkstuk of een apparaat voor het verplaatsen van het product ten opzichte van de straal, een gasblaassysteem, optische geleidings- en positioneringssystemen, procesbesturingssoftware lasersnijden, graveren, enz. In de meeste gevallen is de keuze van parameters voor apparaten en systemen die de laser rechtstreeks bedienen niet minder belangrijk dan de parameters van de laser zelf. Bijvoorbeeld voor het markeren van lagers met een diameter van minder dan 10 mm, of voor precisiepuntlaserlassen, overschrijdt de tijd die wordt besteed aan het positioneren van het product en het scherpstellen de tijd van het graveren of lassen met een of twee ordes van grootte (de tijd voor het aanbrengen van de markering op het lager is ongeveer 0,5 s). Daarom wordt het gebruik van lasersystemen zonder het gebruik van automatische positionerings- en focussystemen in veel gevallen economisch ondoelmatig. De analogie van lasersystemen met auto's laat zien dat de laser als motor fungeert. Hoe goed de motor ook is, maar zonder wielen en al het andere gaat de auto niet.
Een andere belangrijke factor bij het kiezen van lasertechnologiesystemen is hun onderhoudsgemak. Zoals de praktijk heeft aangetoond, hebben operators lage kwalificaties voor het onderhoud van dergelijke apparatuur. Een van de redenen hiervoor is dat in de meeste gevallen lasersystemen worden geïnstalleerd om verouderde technologische processen te vervangen (impact en chemische markering van producten, mechanisch graveren, handmatig lassen, handmatig markeren, enz.). De hoofden van ondernemingen die hun productie moderniseren, laten in de regel om ethische redenen oude apparatuur door nieuwe vervangen, het oude (letterlijk en figuurlijk) servicepersoneel. Daarom is het voor de introductie van lasertechnologische systemen in productie onder de gegeven beginvoorwaarden van zijn ontwikkeling (in de post-Sovjetrepublieken) noodzakelijk om te zorgen voor het hoogst mogelijke niveau van automatisering en leergemak. We mogen niet voorbijgaan aan het feit dat het salaris van ongeschoold personeel lager is dan dat van een geschoolde specialist. Daarom is het voordeliger om complexe apparatuur aan te schaffen met onderhoudsgemak dan hooggekwalificeerd personeel uit te nodigen.
De taak om lasertechnologieën in moderne productie te gebruiken, moet dus niet alleen worden bekeken vanuit het oogpunt van de technische parameters van de laser zelf, maar ook rekening houdend met de kenmerken van de apparatuur en software die het mogelijk maken om de specifieke eigenschappen van de laser om een bepaald technologisch probleem op te lossen.
Elk lasersysteem ontworpen voor dimensionale verwerking van materialen,
gekenmerkt door de volgende parameters:
- verwerkingssnelheid (snijden, graveren, etc.);
- oplossing;
— verwerkingsnauwkeurigheid;
- de grootte van het werkveld;
– assortiment verwerkingsmaterialen (ferrometalen, non-ferrometalen, hout, kunststof, etc.);
- het scala aan maten en gewichten van voor verwerking bestemde producten;
- productconfiguratie (bijvoorbeeld graveren op vlakke, cilindrische, golvende oppervlakken);
- de benodigde tijd voor het wijzigen van de uitgevoerde taken (wijziging van het graveerpatroon, configuratie - snijlijnen, wijzigen van het verwerkingsmateriaal, enz.);
- het tijdstip van installatie en positionering van het product;
- parameters van omgevingscondities (temperatuurbereik, vochtigheid, stofgehalte) waarin - - waarin het systeem kan worden bediend;
— vereisten voor de kwalificatie van onderhoudspersoneel.
Op basis van deze parameters wordt het type laser, het beam sweep-apparaat geselecteerd, het ontwerp van de bevestiger van het product ontwikkeld, het niveau van automatisering van het systeem als geheel, de kwestie van de noodzaak om gespecialiseerde programma's te schrijven voor het voorbereiden tekenbestanden, snijlijnen, enz. wordt beslist.
De belangrijkste technische kenmerken die de aard van de verwerking bepalen, zijn de energieparameters van de laser - energie, vermogen, energiedichtheid, pulsduur, ruimtelijke en temporele structuur van straling, ruimtelijke verdeling van stralingsvermogensdichtheid in de focusvlek, focusomstandigheden, fysieke eigenschappen van het materiaal (reflectiviteit, thermofysische eigenschappen, smeltpunt, enz.). Laten we eens kijken naar de belangrijkste soorten lasers en de kenmerken van hun straling. Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen worden gebruikt als actieve media van lasers. In vastestoflasers zijn de actieve media kristallijn of amorfe stoffen met onzuiverheden van sommige elementen. Een groot aantal is bekend vaste stoffen geschikt voor gebruik in lasers, maar slechts enkele worden veel gebruikt in de praktijk van het verwerken van materialen: Al2O3 met een mengsel van chroomoxide (robijn); glas, yttrium-aluminium-granaat Y3Al5O12 en calciumwolframaat CaWO4 geactiveerd met neodymium. Deze actieve media maken het mogelijk om, in vergelijking met andere materialen, lasers te maken met een hoge uitgangsenergie en een hoog rendement. Volgens het werkingsprincipe liggen vloeistoflasers dicht bij vastestoflasers, waarbij: actieve omgeving vloeibare diëlektrica met opgeloste onzuiverheden worden gebruikt.
De energie van de stralingspuls van vastestof- en vloeistoflasers (in de vrijlopende modus) varieert van tienden van een Joule tot 103 J en meer, en in de Q-geschakelde modus tot enkele tientallen en honderden Joules. Het stralingsvermogen van gepulseerde lasers kan, afhankelijk van de bedrijfsmodus, variëren van honderden kilowatts (vrije opwekking) tot Gigawatts (Q-switched). In de burst-modus (willekeurige generatie) kan het verschil tussen de gemiddelde integraal per pulsvermogen en het vermogen van een individuele piek twee ordes van grootte bereiken. Bij een puls met een geordende opbouw (reguliere puls) is dit verschil iets kleiner. Het gemiddelde geïntegreerde vermogen verschilt onbeduidend van het vermogen op enig moment voor een quasi-stationaire stralingsimpuls. Daarom is de quasi-stationaire generatiemodus van praktisch belang voor de las- en materiaalverwerkingsprocessen als een modus die kan worden gebruikt om "zachte" verwarming te implementeren. Het gebruik van deze modus vermindert het verwijderen van materiaal uit de impactzone.
Grenswaarde van efficiëntie lasers wordt voornamelijk bepaald door interne verliezen in het kristal van het actieve medium en het efficiënte gebruik van pompenergie. Dus, voor robijnlasers, de waarde van de echte efficiëntie niet hoger is dan 1%, en voor lasers op glas met neodymium - 2%.
Een andere variëteit is: gaslasers, waarvan het actieve medium een gas is, een mengsel van meerdere gassen of een mengsel van gas met metaaldamp. Gaslasers omvatten ook chemische lasers., omdat daarvoor gasvormige actieve media worden gebruikt. In een chemische laser wordt de excitatie van het actieve medium verzorgd door snelle chemische reacties. Neutrale atomen, ionen en gasmoleculen worden gebruikt als actieve deeltjes in gaslasers. Neutrale atoomlasers maken het mogelijk straling op te wekken met een golflengte die voornamelijk in het infrarode deel van het spectrum en een deel in het rode gebied van het zichtbare spectrum ligt.
Ionengaslasers produceren voornamelijk zichtbare en ultraviolette straling. Moleculaire gaslasers genereren straling met een golflengte van 10-100 micron (infrarood- en submillimeterbereik). Het vermogen van lasers met neutrale atomen, bijvoorbeeld helium-neonlasers in continue modus, is niet groter dan 50 mW, ionen (argon) lasers bereiken 500 W en moleculaire lasers zijn het krachtigst. Kooldioxidelasers leveren bijvoorbeeld een continu uitgangsvermogen van enkele tientallen kilowatts. efficiëntie lasers op neutrale atomen en ionen is praktisch niet groter dan 0,1%, moleculaire lasers hebben een veel hogere efficiëntie en bereiken 20%.
Meest veelbelovend voor gebruik in velen technologische processen zijn fiberlasers. Momenteel omvat de markt single-mode fiberlasers met een gemiddeld uitgangsvermogen tot 2 kW, low-mode fiberlasers tot 10 kW en multimode-systemen met een uitgangsvermogen tot 50 kW. De hoogste vermogensniveaus zijn bereikt in Yb-geactiveerde fiberlasers, die straling genereren met een golflengte van 1,07 m, die beter wordt geabsorbeerd in metalen dan straling met een golflengte van 10,6 m. Bovendien maakt een 10 keer kortere golflengte het mogelijk om een kleinere divergentie van straling te verkrijgen, waardoor het beter is om deze te focussen. Dit verklaart het feit dat zelfs 100 watt single-mode lasers met een relatief laag vermogen staal met een dikte van 1,5 mm kunnen snijden met snelheden tot 4 m/min. De technische kenmerken van fiberlasers maken het mogelijk om een lasmodus op afstand te implementeren, wat de integratie van laserapparatuur in moderne robotproductielijnen aanzienlijk vereenvoudigt en de lassnelheid aanzienlijk verhoogt.
Maar het gaat niet alleen om de kracht en divergentie van stralen. Een andere parameter die scherp naar voren komt fiberlasers, is een hoge energie-efficiëntie. Het pompen van de geactiveerde vezel wordt uitgevoerd door laserdiodes, de efficiëntie is: die 60% overschrijdt, waardoor de volledige (of "uitlaat") efficiëntie. fiberlasers is 28-30% (vele malen hoger dan de beste industriële CO2-lasers, evenals solid-state lasers met halfgeleider- en lamppompen). Hierdoor zijn hun bedrijfskosten voor stroomverbruik en koeling 5-8 keer minder dan voor CO2-lasers, en ongeveer 20-50 keer minder dan voor lampgepompte vastestoflasers. laatste feit, evenals de afwezigheid van instelbare knooppunten in fiberlasers, de implementatie ervan in de vorm van geïntegreerde fiberapparaten, zorgen voor een hoge betrouwbaarheid van systemen als geheel. Structureel en qua werking staan fiberlasers dichter bij puur elektronische apparatuur dan bij industriële lasers van andere typen. Hieraan moet worden toegevoegd dat ze praktisch geen routineonderhoud vereisen.
De goede integreerbaarheid van fiberlasers in moderne technologische apparatuur wordt ook vergemakkelijkt door het feit dat hun uitgangsstraling perfect wordt getransporteerd zonder verlies van kracht en ruimtelijke kenmerken langs dunne kwartsvezels beschermd tegen mechanische invloeden door flexibele metalen slangen met een diameter van 8-15 mm . De lengte van dergelijke glasvezelkabels bereikt 200 m en kan indien nodig worden verlengd.
Hieronder staan de gespecialiseerde taken die met laser zijn opgelost: technologische systemen. De nadruk wordt verlegd naar de kenmerken van lasers die zijn ontworpen om deze problemen op te lossen.
Lasersnijden van metalen
Het gebruik van lasers voor het snijden van zowel metalen als niet-metalen heeft de volgende voordelen ten opzichte van traditionele methoden: een breed scala aan gesneden materialen; de mogelijkheid om dunne sneden te krijgen vanwege de scherpe focus van de laserstraal; een kleine zone van thermische invloed van straling; minimale mechanische impact op het materiaal; de mogelijkheid om het apparaat snel met hoge nauwkeurigheid in en uit te schakelen; chemische zuiverheid van het snijproces; de mogelijkheid om het proces te automatiseren en hoge prestaties van de methode te verkrijgen; de mogelijkheid om complexe profielen in twee of zelfs drie dimensies te zagen.
Lasersnijden is, net als andere soorten laserbewerking, gebaseerd op het thermische effect van straling en vindt plaats met een bewegende warmtebron die in twee onderling loodrechte richtingen kan bewegen met behulp van een speciaal optisch systeem waarmee je een plek kunt vormen met een hoge dichtheid en breng het naar het vereiste punt van het verwerkte monster.
Het snijden van relatief dikke metaalplaten wordt in de regel uitgevoerd met actief gas (zuurstof) dat in de snijzone wordt geblazen. De essentie van dit proces, dat gaslasersnijden (GLR) wordt genoemd, is dat de laserstraling door een optisch systeem wordt gefocusseerd op het oppervlak van het materiaal dat wordt verwerkt en dat zuurstof coaxiaal met de straal wordt toegevoerd met behulp van een speciaal apparaat. Bij het lasersnijden van metalen vervult zuurstof de volgende functies:
ondersteunt de verbranding van metaal;
verwijdert vernietigingsproducten en reinigt de snijzone door gasvormige producten en een druppelfractie uit te blazen;
koelt intensief de delen van het materiaal naast de snijzone.
De aanwezigheid van een zuurstofstraal bij het snijden van metalen kan de diepte en snijsnelheid aanzienlijk vergroten en hoogwaardige randen verkrijgen. Een klein deel van de invallende straling wordt geabsorbeerd door de oppervlaktelaag van het metaal en leidt tot verwarming. De resulterende film van oxiden verhoogt het aandeel van geabsorbeerde energie en de temperatuur van de metalen stijgt tot het smeltpunt. Vloeibaar metaal en oxiden worden door de zuurstofstraal uit de snijzone geblazen, waardoor de oxidatie van de onderliggende lagen wordt vergemakkelijkt. Dit gaat door totdat de plaat tot de volledige diepte is gesneden. Lage energie-invoer en hoge energieconcentratie maken het mogelijk om parallelle randen te verkrijgen met een kleine snijbreedte (0,1-0,5 mm) en een kleine door warmte beïnvloede zone.
De snijsnelheid van dikke platen neemt toe met toenemend laservermogen en is afhankelijk van de dikte van de plaat en de thermische geleidbaarheid van het metaal. Met een laservermogen van ongeveer 400-600 W is het mogelijk om ferrometalen en titanium te snijden met een snelheid in de orde van enkele meters per minuut, terwijl het snijden van metalen met een hoge thermische geleidbaarheid (koper, aluminium) een zekere moeilijkheid oplevert. Er is voldoende informatie in de literatuur over het significante effect van de energie van een chemische reactie op de snijsnelheid en de netheid van de randen, maar de complexiteit van het proces laat geen enkele kwantitatieve beoordeling toe, vooral omdat de samenstelling van de uiteindelijke oxidatieproducten, de fractie van de druppelfractie van het metaal die door de gasstraal wordt uitgeblazen, en latente warmte van faseovergangen (smelten, verdamping). Tabel 1 toont de gemiddelde snijsnelheden voor verschillende metalen.
Tafel 1.

Voor gaslasersnijden worden in de regel krachtige CO2- en vastestoflasers gebruikt. Moderne CO2-lasers met langzame gasstroom langs de gasontladingsbuis hebben relatief grote lengtes, aangezien hun specifiek vermogen niet hoger is dan 50-100 W/m. Wijdverbreide CO2-lasers worden gemaakt in de vorm van een "gevouwen" ontwerp van twee, vier of zes buizen met een totale lengte van ongeveer 3-6 m en efficiëntie. ongeveer 10%. Relatief recent zijn er CO2-lasers ontwikkeld met snel transversaal pompen van een gas dat in een gesloten volume circuleert. Met relatief kleine afmetingen slagen ze erin om vermogensniveaus van 6-10 kW te behalen in een continue opwekkingsmodus.
Gaslasersnijden wordt vaak vergeleken met microplasmasnijden, waardoor je dikkere platen metaal en met een hogere snelheid kunt snijden. Er moet echter worden opgemerkt dat GLR zorgt voor een betere lokalisatie en een hogere dichtheid van de toegevoerde energie, waardoor de warmte-beïnvloede zone afneemt.
Vanwege de hoge viscositeit is mechanisch snijden van titanium moeilijk, terwijl plasmasnijden een grote warmte-beïnvloede zone en gasverzadiging van de randen geeft. Het gebruik van GLR leidt tot een verlaging van de verwerkingskosten met 75%. Met GLR belangrijk punt bij het bepalen van de snijsnelheid is de juist gekozen snelheid van de gasstraaluitstroom uit de nozzle, die wordt bepaald door de gasdruk in de cutter.
De efficiëntie van het aluminium beglazingsproces is sterk afhankelijk van de staat van het oppervlak. Het snijden van platen met een glad ruw oppervlak is veel moeilijker, terwijl het zandstralen van het oppervlak glazuren mogelijk maakt, maar de kwaliteit van de snede is niet hoog (het is een regelmatige opeenvolging van gaten). Oxidatie, passiveren, anodiseren en nitreren van het oppervlak van een gladde plaat leverden onvoldoende voorwaarden voor GLR. Er zijn moeilijkheden bij het snijden en materialen zoals koper, messing. Het is een feit dat deze metalen een hoge reflectiviteit van laserstraling hebben, zowel in koude als in verwarmde toestand, en een hoge thermische geleidbaarheid. De daarop gevormde oxidefilms zijn dun en absorberen inefficiënt laserstraling.
Laserboren van gaten in metalen
Het gebruik van een laser als boorgereedschap heeft voordelen.
Er is geen mechanisch contact tussen het boorgereedschap en het materiaal, evenals breuk en slijtage van de boren.
De nauwkeurigheid van het plaatsen van gaten wordt verhoogd, omdat de optica die wordt gebruikt om de laserstraal te focusseren, ook wordt gebruikt om deze naar het gewenste punt te richten. De gaten kunnen in elke richting worden georiënteerd.
Er wordt een grotere verhouding tussen diepte en diameter van het boren bereikt dan bij andere boormethoden het geval is.
Zowel bij het boren als bij het snijden hebben de eigenschappen van het te bewerken materiaal een aanzienlijke invloed op de laserparameters die nodig zijn om de bewerking uit te voeren. Het boren wordt uitgevoerd door gepulseerde lasers die zowel in de vrijlopende modus werken met een pulsduur in de orde van 1 μs, als in de Q-geschakelde modus met een duur van enkele tientallen nanoseconden. In beide gevallen is er een thermisch effect op het materiaal, het smelten en verdampen ervan. Het gat groeit in diepte voornamelijk door verdamping, en in diameter door het smelten van de wanden en het uitstromen van vloeistof onder de gecreëerde overmatige dampdruk.
Typisch worden diepe gaten met de gewenste diameter verkregen met behulp van repetitieve laserpulsen met lage energie. In dit geval worden gaten met een kleinere tapsheid en een betere kwaliteit gevormd dan gaten die zijn verkregen met een hogere energie van een enkele puls. De uitzondering zijn materialen die elementen bevatten die een hoge dampdruk kunnen creëren. Het is dus erg moeilijk om messing te lassen met lasergepulseerde straling vanwege het hoge zinkgehalte, maar bij het boren heeft messing enkele voordelen, omdat zinkatomen het verdampingsmechanisme aanzienlijk verbeteren.
Omdat de multipulsmodus het mogelijk maakt om gaten van de beste kwaliteit te verkrijgen met de gewenste geometrie en met een kleine afwijking van de opgegeven afmetingen, is deze modus in de praktijk wijdverbreid bij het boren van gaten in dunne metalen en niet-metalen materialen. Bij het boren van gaten in dikke materialen hebben echter enkelvoudige pulsen met hoge energie de voorkeur. Diafragmatie van de laserstroom maakt het mogelijk om gevormde gaten te verkrijgen, maar deze methode wordt vaker gebruikt bij de verwerking van dunne films en niet-metalen materialen. Wanneer laserboren wordt uitgevoerd in dunne platen met een dikte van minder dan 0,5 mm, is er enige eenwording van het proces, dat erin bestaat dat gaten met een diameter van 0,001 tot 0,2 mm in alle metalen kunnen worden gemaakt met relatief lage vermogens.
Het boren van gaten in metalen kan in een aantal gevallen worden toegepast. Met behulp van gepulseerde lasers kan dus dynamisch balanceren van onderdelen die met hoge snelheid roteren, worden uitgevoerd. De onbalans wordt geselecteerd door lokaal smelten van een bepaald volume materiaal. De laser kan ook worden gebruikt om elektronische componenten te monteren, hetzij door lokale verdamping van het materiaal of door algemene verwarming. De hoge vermogensdichtheid, kleine spotgrootte en korte pulsduur maken de laser een ideaal hulpmiddel voor deze toepassing.
Lasers die worden gebruikt voor het boren van gaten in metaal moeten een gerichte bundelvermogensdichtheid bieden in de orde van grootte van 107 - 108 W/cm2. Het boren van gaten met metaalboren met een diameter van minder dan 0,25 mm is een lastige praktische taak, terwijl laserboren het mogelijk maakt om gaten te verkrijgen met een diameter die overeenkomt met de stralingsgolflengte met een voldoende hoge plaatsingsnauwkeurigheid. Specialisten van het bedrijf "General Electric" (VS) berekenden dat het laserboren van gaten in vergelijking met elektronenstraalverwerking een hoog economisch concurrentievermogen heeft. Momenteel worden vastestoflasers voornamelijk gebruikt voor het boren van gaten. Ze bieden een pulsherhalingsfrequentie tot 1000 Hz en een vermogen in continue modus van 1 tot 103 W, in pulserende modus tot honderden kilowatts en in Q-geschakelde modus tot enkele megawatts. Enkele resultaten van verwerking door dergelijke lasers worden gegeven in de tabel. 3.
tafel 3

Metaal	Dikte, mm	Gatdiameter, mm		Duur boren	laser energie, J
Metaal	Dikte, mm	invoer	weekend	Duur boren	laser energie, J
Roestvrij staal	0,65 0,9 1,78	0,25 0,5 0,3	0,15 0,25 0,22	10 impulsen 2,35 0,8	0,15 0,25 16,0
Nikkel staal	0,5	0,2	0,15	2,0	3,3
Wolfraam	0,5 1,6	0,2 0,35	0,2 0,2	2,1 1,8	4,0 2,1
Magnesium	1,6 0,5	0,4 0,25	0,3 0,2	2,0 2,0	3,3 3,3
Molybdeen	0,5 0,8	0,25 0,2	0,25 0,2	2,35 2,25	5,9 4,9
Koper	1,6	0,3	0,15	2,35	5,9
Tantaal	1,6	0,3	0,1	2,42	8,0

Laserlassen van metalen
Laserlassen in zijn ontwikkeling had twee fasen. Aanvankelijk werd puntlassen ontwikkeld. Dit werd verklaard door de aanwezigheid in die tijd van krachtige gepulseerde vastestoflasers. Momenteel is, in aanwezigheid van krachtige gasvormige CO2 en vastestof Nd:YAG-lasers die cw- en pulscontinue straling leveren, naadlassen met een penetratiediepte tot enkele millimeters mogelijk. Laserlassen heeft een aantal voordelen ten opzichte van andere soorten lassen. In aanwezigheid van een hoge lichtstroomdichtheid en een optisch systeem is lokale penetratie op een bepaald punt met hoge nauwkeurigheid mogelijk. Deze omstandigheid maakt het mogelijk om materialen te lassen op moeilijk bereikbare plaatsen, in een vacuüm- of gasgevulde kamer met daarin ramen die transparant zijn voor laserstraling. Het lassen van bijvoorbeeld micro-elektronische elementen in een kamer met een atmosfeer van inert gas is van bijzonder praktisch belang, omdat er in dit geval geen oxidatiereacties zijn.
Het lassen van onderdelen gebeurt bij veel lagere vermogensdichtheden dan bij snijden. Dit wordt verklaard door het feit dat tijdens het lassen alleen verwarming en smelten van het materiaal nodig is, d.w.z. er zijn vermogensdichtheden nodig die nog onvoldoende zijn voor intense verdamping (105-106 W/cm2), met een pulsduur van ongeveer 10– 3–10–4 s. Aangezien de laserstraling gericht op het materiaal dat wordt verwerkt een oppervlaktewarmtebron is, wordt de warmteoverdracht naar de diepte van de gelaste onderdelen uitgevoerd vanwege thermische geleidbaarheid en verandert de penetratiezone in de loop van de tijd met een correct geselecteerde lasmodus. In het geval van onvoldoende vermogensdichtheden treedt niet-penetratie van de gelaste zone op en in aanwezigheid van hoge vermogensdichtheden wordt metaalverdamping en de vorming van gaten waargenomen.
Lassen kan worden uitgevoerd op een gaslasersnijmachine met een lager vermogen en met een zwakke slag van inert gas in de laszone. Met een CO2-laservermogen van ongeveer 200 W is het mogelijk om staal tot 0,8 mm dik te lassen met een snelheid van 0,12 m/min; de kwaliteit van de naad is niet slechter dan bij elektronenstraalverwerking. Elektronenstraallassen heeft iets hogere lassnelheden, maar het wordt uitgevoerd in een vacuümkamer, wat veel ongemak veroorzaakt en aanzienlijke totale tijdskosten met zich meebrengt.
In tafel. 4 toont gegevens over stuiklassen met een CO2-laser met een vermogen van 250 W van verschillende materialen.
Tabel 4 5. Bij overlap-, stomp- en hoeklassen werden snelheden verkregen die dicht bij de in de tabel aangegeven snelheden lagen, met volledige penetratie van het gelaste materiaal in de impactzone van de balk.
Tabel 5. Laserlassystemen zijn in staat om verschillende metalen te lassen, met minimale thermische effecten vanwege de kleine afmeting van de laservlek, en ook om dunne draden met een diameter van minder dan 20 micron in een draad-draad- of draadplaatpatroon te lassen .
Niet-metalen materialen snijden
De laserstraal is met groot succes gebruikt bij het snijden van niet-metalen materialen zoals kunststoffen, glasvezel, boor-koolstofcomposieten, keramiek, rubber, hout, asbest, textiel, enz. Deze reeks materialen heeft over het algemeen minder thermische diffusie dan metalen, en daarom is de specifieke energie-input voor het snijproces veel minder. Daarom is de drempelstroomdichtheid die nodig is om te beginnen met het snijden van niet-metalen zwak afhankelijk van de plaatdikte.
Voor het snijden van niet-metalen materialen, evenals metalen, worden voornamelijk YAG- en CO2-lasers met continue straling gebruikt. Om de snij-efficiëntie te verhogen, wordt een actief of neutraal gas in de snijzone geblazen, dat de verdampte druppelfracties naar buiten blaast en het behandelde lokale gebied afkoelt, waardoor materialen met weinig verkoling en smelten kunnen worden gesneden.
In het proces van beglazing van diëlektrica speelt het uitblazen van de snijzone van de fijn verspreide en druppelfracties, die worden gevormd onder de thermische werking van laserstraling, een beslissende rol bij hun vernietiging. De uitzondering zijn materialen op basis van fenol-formaldehydeharsen: textoliet, glasvezel, enz. Dit type materialen onder inwerking van laserstraling veranderen in een stroperige gesinterde massa, die moeilijk met een gasstraal uit de snede te verwijderen is: voor het verdampen van vernietigingsproducten is een hoog energieverbruik vereist.
Gas-lasersnijden stelt u in staat om een zuivere snede te krijgen van diëlektrica met goede snijkantkwaliteiten. In dit geval heeft aan de kant van de balkingang de rand: de beste kwaliteit, en er wordt wat smelten waargenomen aan de uitgangszijde. Het snijden van dik organisch materiaal is anders interessante functie; de snijbreedte bij de uitgang is veel kleiner dan men zou verwachten op basis van de geometrische divergentie van de bundel gevormd door de focusseeroptiek.
Als er voldoende laserstralingsvermogen is, is het mogelijk om het GLR-proces van glas en kwarts uit te voeren. Tegelijkertijd is de snijkwaliteit hoog, maar aan de uitgangs- en ingangszijden van de balk zijn de randen enigszins gesmolten.
Grote perspectieven openen zich bij het gebruik van GLR voor het snijden van textiel. De beschikbare resultaten van een experimenteel onderzoek naar het snijden van zowel afzonderlijke lagen als meerlaagse vloeren laten zien dat er in elk specifiek geval werkingsmodi van lasers en de bewegingssnelheid van het verwerkte materiaal zijn, waarbij een hoogwaardige snede wordt verkregen zonder te verbranden.
In tafel. Figuur 6 toont de resultaten van het snijden van sommige diëlektrische materialen met een CO2-laser.
Tabel 6 Boren van niet-metalen materialen
Het boren van gaten is een van de eerste gebieden van lasertechnologie. Ten eerste, door gaten in verschillende materialen te branden, gebruikten de onderzoekers ze om de stralingsenergie van laserpulsen te schatten. Op dit moment wordt het proces van laserboren een onafhankelijke richting van lasertechnologie. De materialen die met een laserstraal moeten worden geboord, zijn onder meer niet-metalen zoals diamanten, robijnstenen, ferrieten, keramiek, enz., waarin het boren van gaten met conventionele methoden moeilijk of ineffectief is. Met een laserstraal boor je gaten van verschillende diameters. Voor deze bewerking worden de volgende twee methoden gebruikt. Bij de eerste methode beweegt de laserstraal langs een bepaalde contour en wordt de vorm van het gat bepaald door het traject van zijn relatieve beweging. Hier vindt een snijproces plaats, waarbij de warmtebron met een bepaalde snelheid in een bepaalde richting beweegt: in dit geval worden in de regel continugolflasers gebruikt, evenals gepulseerde lasers die werken met een verhoogde pulsherhalingsfrequentie .
Bij de tweede methode, de projectiemethode genaamd, herhaalt het bewerkte gat de vorm van de laserstraal, die met een optisch systeem elke sectie kan worden gegeven. De projectiemethode voor het boren van gaten heeft enkele voordelen ten opzichte van de eerste. Dus als een diafragma (masker) op het pad van de bundel wordt geplaatst, dan is het op deze manier mogelijk om het perifere deel ervan af te snijden en een relatief uniforme intensiteitsverdeling over de bundeldoorsnede te verkrijgen. Hierdoor is de begrenzing van de bestraalde zone scherper, wordt de tapsheid van het gat verminderd en wordt de kwaliteit verbeterd.
Er zijn een aantal technieken waarmee u een deel van het gesmolten materiaal extra kunt selecteren uit het gat dat wordt verwerkt. Een daarvan is het creëren van overdruk door perslucht of andere gassen, die met behulp van een coaxiaal met laserstraling coaxiaal mondstuk in de boorzone worden gevoerd. Deze methode werd gebruikt om gaten te boren met een diameter van 0,05-0,5 mm in keramische platen tot 2,5 mm dik met behulp van een CO2-laser die continu werkt.
Gaten boren in hard keramiek is geen gemakkelijke taak: de conventionele methode vereist een diamantgereedschap, terwijl andere bestaande methoden moeilijk zijn vanwege de grootte van het gat in diameter gelijk aan tienden van een millimeter. Deze moeilijkheden zijn vooral merkbaar wanneer de dikte van de te bewerken plaat groter is dan de diameter van het gat. De verhouding van de gatdiepte (materiaaldikte) tot de diameter is een maatstaf voor de kwaliteit van het verkrijgen van dunne gaten; het is 2: 1 bij conventioneel boren en ongeveer 4: 1 bij de ultrasone methode die wordt gebruikt bij het boren van keramiek en andere vuurvaste materialen.
De laserboormethode van deze materiaalklasse stelt u in staat om de beste verhouding te krijgen met een zeer hoge nauwkeurigheid bij het plaatsen van gaten en relatief minder tijd. Zo werd voor laserboren van polykristallijn aluminiumoxide-keramiek met hoge dichtheid een robijnlaser gebruikt met een pulsenergie van 1,4 J, een gefocusseerde lens met een brandpuntsafstand van 25 mm op het schijfoppervlak en een vermogensdichtheid van ongeveer 4 -106 W/cm2. Gemiddeld waren 40 pulsen met een herhalingssnelheid van 1 Hz nodig om door een keramische schijf van 3,2 mm dik te boren. De duur van de laserpuls was 0,5 ms. De resulterende gaten hadden een tapsheid met een diameter van ongeveer 0,5 mm bij de inlaat en 0,1 mm bij de uitlaat. Het is te zien dat de verhouding tussen diepte en gemiddelde gatdiameter ongeveer 11:1 is, wat veel groter is dan de vergelijkbare verhouding voor andere methoden voor het boren van gaten. Voor eenvoudige materialen kan deze verhouding voor laserboren 50:1 zijn.
Om verbrandingsproducten en de vloeibare fase uit de boorzone te verwijderen, wordt geblazen met lucht of andere gassen. Efficiënter blazen van producten vindt plaats met een combinatie van blazen vanaf de voorkant en vacuüm vanaf de achterkant van het monster. Een soortgelijk schema werd gebruikt om gaten in keramiek tot 5 mm dik te boren. Een effectieve verwijdering van de vloeibare fase vindt in dit geval echter pas plaats na de vorming van een doorgaand gat.
In tafel. 7 toont de parameters van gaten in sommige niet-metalen materialen en hun verwerkingsmodi.
Tabel 7

Materiaal	Gat opties:			Verwerkingsmodus:
	Diameter, mm	Diepte, mm	Verhouding diepte tot diameter	Energie, J	Duur van de polsslag x10-4, s	Fluxdichtheid, W/cm2	Aantal pulsen per