Gửi công việc tốt của bạn trong cơ sở kiến ​​thức là đơn giản. Sử dụng biểu mẫu bên dưới

Các sinh viên, nghiên cứu sinh, các nhà khoa học trẻ sử dụng nền tảng tri thức trong học tập và làm việc sẽ rất biết ơn các bạn.

Đăng trên http://www.allbest.ru/

Bộ Giáo dục và Khoa học Liên bang Nga. Ngân sách Nhà nước Liên bang Cơ quan Giáo dục Đại học. Đại học Bang Vladimir được đặt theo tên của A.G. và N.G. Stoletovs.

Cục PCCC.

Tóm tắt về chủ đề

“Khoan lỗ bằng laze”

Hoàn thành:

Nhóm sinh viên LT - 115

Gordeeva Ekaterina

Vladimir, 2016

Giới thiệu

Tia laze như một mũi khoan

Khoan laser các lỗ trên kim loại

Khoan vật liệu phi kim loại

Khoan laser các lỗ trên bề mặt cứng

phân biệt khoan laser tăng độ giòn

Sự kết luận

Thư mục

Giới thiệu

Hiện nay, tia laser thực hiện thành công một số hoạt động công nghệ, chủ yếu như cắt, hàn, khoan lỗ, xử lý nhiệt bề mặt, ghi chép, đánh dấu, khắc, v.v., và trong một số trường hợp, nó mang lại lợi thế hơn so với các loại gia công khác. các lỗ trên vật liệu có thể được hoàn thành nhanh hơn và việc ghi chép các vật liệu khác nhau sẽ hoàn hảo hơn. Ngoài ra, một số loại thao tác trước đây không thể thực hiện được do khó tiếp cận đang được thực hiện rất thành công. Ví dụ, hàn vật liệu và khoan lỗ có thể được thực hiện qua kính trong môi trường chân không hoặc môi trường có nhiều khí khác nhau.

Từ "laser" được tạo thành từ các chữ cái đầu tiên trong Cụm từ tiếng anh Khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích, dịch sang tiếng Nga có nghĩa là: khuếch đại ánh sáng thông qua phát xạ kích thích. Về mặt cổ điển, điều này đã xảy ra khi mô tả các công nghệ xử lý vật liệu bằng laze, người ta chỉ chú ý đến bản thân các tia laze, nguyên lý hoạt động và các thông số kỹ thuật của chúng. Tuy nhiên, để thực hiện bất kỳ quá trình xử lý chiều vật liệu bằng laser nào, ngoài tia laser, hệ thống hội tụ chùm tia, thiết bị điều khiển chuyển động của chùm tia dọc theo bề mặt của phôi hoặc thiết bị di chuyển sản phẩm liên quan đến chùm tia, hệ thống thổi khí, hệ thống định vị và dẫn đường quang học, phần mềm điều khiển quá trình cắt, khắc laser, v.v. Trong hầu hết các trường hợp, việc lựa chọn các tham số cho các thiết bị và hệ thống phục vụ trực tiếp cho tia laser không kém phần quan trọng hơn so với các thông số của chính tia laser đó. Ví dụ: để đánh dấu vòng bi có đường kính dưới 10 mm hoặc để hàn laser điểm chính xác, thời gian dành cho việc định vị sản phẩm và lấy nét vượt quá thời gian khắc hoặc hàn một hoặc hai bậc độ lớn (thời gian áp dụng đánh dấu trên ổ trục là khoảng 0,5 s). Do đó, nếu không sử dụng hệ thống định vị và lấy nét tự động, việc sử dụng hệ thống laser trong nhiều trường hợp trở nên không hiệu quả về mặt kinh tế. Sự tương tự của hệ thống laser với ô tô cho thấy rằng laser hoạt động như một động cơ. Cho dù động cơ tốt đến đâu, nhưng không có bánh xe và mọi thứ khác, chiếc xe sẽ không thể đi được.

Một yếu tố quan trọng khác trong việc lựa chọn hệ thống công nghệ laser là tính dễ bảo trì của chúng. Như thực tế đã chỉ ra, các nhà khai thác có trình độ thấp để bảo dưỡng các thiết bị đó. Một trong những lý do cho điều này là trong hầu hết các trường hợp, hệ thống laser được lắp đặt để thay thế các quy trình công nghệ lạc hậu (tác động và đánh dấu hóa học sản phẩm, khắc cơ khí, hàn thủ công, khắc thủ công, v.v.). Theo quy định, người đứng đầu các doanh nghiệp hiện đại hóa sản xuất của họ, vì lý do đạo đức, thay thế thiết bị cũ bằng thiết bị mới, để lại nhân viên phục vụ cũ (theo nghĩa đen và nghĩa bóng). Do đó, việc đưa các hệ thống công nghệ laser vào sản xuất với điều kiện ban đầu sự phát triển của nó (ở các nước cộng hòa hậu Xô Viết), cần phải cung cấp mức độ tự động hóa và tính dễ học cao nhất có thể. Chúng ta không nên loại bỏ thực tế rằng mức lương của nhân sự không có kinh nghiệm thấp hơn của một chuyên gia được đào tạo. Do đó, sẽ tiết kiệm chi phí hơn nếu mua thiết bị phức tạp với khả năng dễ bảo trì hơn là mời nhân viên có trình độ cao.

Do đó, nhiệm vụ của việc sử dụng công nghệ laze trong sản xuất hiện đại không chỉ được xem xét trên quan điểm các thông số kỹ thuật của bản thân laze mà còn phải tính đến các đặc tính của thiết bị và phần mềm cho phép sử dụng các đặc tính cụ thể của laser để giải quyết một vấn đề công nghệ cụ thể.

Bất kỳ hệ thống laser nào được thiết kế để xử lý các chiều của vật liệu được đặc trưng bởi các thông số sau:

Tốc độ xử lý (cắt, khắc, v.v.);

nghị quyết;

độ chính xác của quá trình xử lý;

Kích thước của trường làm việc;

Phạm vi của vật liệu chế biến (kim loại đen, kim loại màu, gỗ, chất dẻo, v.v.);

Phạm vi kích thước và trọng lượng của sản phẩm dự định để chế biến;

Cấu hình sản phẩm (ví dụ, khắc trên bề mặt phẳng, hình trụ, gợn sóng);

Thời gian cần thiết để thay đổi các nguyên công đã thực hiện (thay đổi mẫu khắc, cấu hình - đường cắt, thay đổi vật liệu gia công, v.v.);

Thời gian lắp đặt và định vị sản phẩm;

Các thông số về điều kiện môi trường (phạm vi nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng bụi) trong ---- mà hệ thống có thể được vận hành;

Yêu cầu về trình độ của nhân viên phục vụ.

Dựa trên các thông số này, loại tia laser, thiết bị quét tia được chọn, thiết kế dây buộc cho sản phẩm được phát triển, mức độ tự động hóa của toàn bộ hệ thống, vấn đề cần viết chương trình chuyên biệtđể chuẩn bị các tệp bản vẽ, đường cắt, v.v.

Các đặc tính kỹ thuật chính xác định bản chất của quá trình xử lý là các thông số năng lượng của laser - năng lượng, công suất, mật độ năng lượng, thời gian xung, cấu trúc không gian và thời gian của bức xạ, phân bố không gian của mật độ công suất bức xạ tại điểm lấy nét, điều kiện lấy nét, tính chất vật lý vật chất.

Tia laze như một mũi khoan

Khoan lỗ trên đá đồng hồ - đây là bước khởi đầu của hoạt động lao động của tia laser. Chúng ta đang nói về đá ruby, được sử dụng trong đồng hồ làm ổ trượt. Để sản xuất các vòng bi như vậy, người ta phải khoan lỗ bằng ruby ​​- một loại vật liệu rất cứng và đồng thời dễ vỡ - các lỗ có đường kính chỉ 1-0,05 mm. Trong nhiều năm, hoạt động chế tác đồ trang sức này được thực hiện theo phương pháp cơ học thông thường sử dụng các mũi khoan làm bằng dây đàn piano mỏng có đường kính 40-50 micron. Một chiếc máy khoan như vậy tạo ra tới 30 nghìn vòng quay mỗi phút và thực hiện đồng thời khoảng một trăm chuyển động qua lại. Phải mất đến 10-15 phút để khoan một viên đá.

Bắt đầu từ năm 1964, việc khoan đá đồng hồ bằng máy móc không hiệu quả bắt đầu được thay thế bằng việc khoan bằng tia laze ở khắp mọi nơi. Tất nhiên, thuật ngữ "khoan laser" không nên được hiểu theo nghĩa đen; Chùm tia laze không khoan lỗ mà xuyên qua nó, làm vật liệu bốc hơi dữ dội. Ngày nay, việc khoan laser trên đá đồng hồ là một việc phổ biến. Đặc biệt, cho mục đích này, laser thủy tinh neodymium được sử dụng. Một lỗ trên đá (có bề dày phôi 0,5-1 mm) được đục bởi một chuỗi nhiều xung laze có năng lượng 0,5-1 J. Năng suất của máy laze ở chế độ tự động là một viên đá trên giây. Đây là năng suất cao gấp ngàn lần so với năng suất của máy khoan cơ khí!

Ngay sau khi ra đời, tia laser nhận được nhiệm vụ tiếp theo mà nó đã đối phó thành công - khoan (đục) các lỗ trên khuôn kim cương. Có lẽ không phải ai cũng biết rằng để có được một sợi dây rất mỏng từ đồng, đồng thau, vonfram, người ta sử dụng công nghệ kéo kim loại qua một lỗ có đường kính thích hợp. Những lỗ như vậy được khoan trên vật liệu có độ cứng đặc biệt cao, vì trong quá trình kéo dây, đường kính của lỗ phải không thay đổi. Kim cương được biết đến là loại cứng nhất. Do đó, cách tốt nhất là kéo một sợi dây mỏng qua một lỗ trên viên kim cương - qua cái gọi là khuôn kim cương. Chỉ với sự trợ giúp của khuôn dập kim cương, người ta mới có thể thu được một sợi dây siêu mỏng với đường kính chỉ 10 micron. Nhưng làm thế nào để bạn có thể khoan một lỗ mỏng trên một vật liệu siêu cứng như kim cương? Rất khó để thực hiện điều này một cách cơ học - phải mất tới mười giờ để khoan một lỗ trên khuôn kim cương một cách cơ học.

Đây là cách một lỗ trên khuôn kim cương trông như thế nào trong phần. Các xung laze xuyên qua một kênh nhám trên trống kim cương. Sau đó, xử lý kênh bằng sóng siêu âm, mài và đánh bóng, họ cung cấp cho nó một biên dạng cần thiết. Dây thu được khi kéo qua khuôn có đường kính d

Những lỗ nhỏ này, đường kính 0,3 mm, được đục vào một tấm sứ nhôm nhôm dày 0,7 mm bằng cách sử dụng tia laser CO2.

Với sự trợ giúp của tia laser, các lỗ rất mỏng được xuyên qua trên đồ gốm - với đường kính chỉ 10 micron. Lưu ý rằng không thể lấy được những lỗ như vậy bằng cách khoan cơ học.

Thực tế là khoan là thiên chức của laser, không ai nghi ngờ. Ở đây, laser thực sự không có đối thủ xứng tầm, đặc biệt là khi khoan những lỗ rất mỏng và rất sâu, khi phải khoan những lỗ trên vật liệu rất giòn hoặc rất cứng. Một thời gian tương đối ngắn trôi qua và rõ ràng là chùm tia laser có thể được sử dụng thành công không chỉ để khoan mà còn cho nhiều hoạt động xử lý vật liệu khác. Vì vậy, hôm nay chúng ta có thể nói về sự xuất hiện và phát triển công nghệ mới- tia laze.

Khoan laser các lỗ trên kim loại

Có những lợi thế khi sử dụng tia laser làm công cụ khoan.

Không có tiếp xúc cơ học giữa dụng cụ khoan và vật liệu, cũng như gãy và mài mòn mũi khoan.

Độ chính xác của vị trí lỗ được tăng lên, vì quang học được sử dụng để tập trung chùm tia laze cũng được sử dụng để hướng nó đến điểm mong muốn. Các lỗ có thể được định hướng theo bất kỳ hướng nào.

Đã đạt được thái độ tốt hơn chiều sâu đến đường kính khoan hơn so với các phương pháp khoan khác.

Khi khoan, cũng như khi cắt, các đặc tính của vật liệu được xử lý ảnh hưởng đáng kể đến các thông số laser cần thiết để thực hiện hoạt động. Việc khoan được thực hiện bằng laser xung hoạt động ở cả chế độ chạy tự do với thời gian xung theo bậc 1 μs và ở chế độ chuyển mạch Q với thời gian vài chục nano giây. Trong cả hai trường hợp, có một hiệu ứng nhiệt lên vật liệu, sự nóng chảy và bay hơi của nó. Lỗ hổng phát triển theo chiều sâu chủ yếu là do bay hơi và có đường kính do sự nóng chảy của các bức tường và sự chảy ra của chất lỏng dưới áp suất hơi dư thừa được tạo ra.

Thông thường, các lỗ sâu có đường kính mong muốn thu được bằng cách sử dụng các xung laser năng lượng thấp lặp đi lặp lại. Trong trường hợp này, các lỗ có độ côn nhỏ hơn và chất lượng tốt hơn được hình thành so với các lỗ thu được với năng lượng cao hơn của một xung đơn. Ngoại lệ là các vật liệu có chứa các nguyên tố có khả năng tạo ra áp suất hơi cao. Vì vậy, rất khó để hàn đồng thau bằng tia laser bức xạ xung do hàm lượng kẽm cao, tuy nhiên, khi khoan, đồng thau có một số lợi thế, vì các nguyên tử kẽm cải thiện đáng kể cơ chế bay hơi.

Vì chế độ đa xung giúp ta có thể thu được các lỗ có chất lượng tốt nhất với hình dạng mong muốn và có độ lệch nhỏ so với kích thước quy định, nên trên thực tế, chế độ này đã trở nên phổ biến khi khoan lỗ trên kim loại mỏng và vật liệu phi kim loại. Tuy nhiên, khi khoan lỗ trên vật liệu dày, xung đơn năng lượng cao được ưu tiên hơn. Màng chắn của dòng laser giúp tạo ra các lỗ có hình dạng, nhưng phương pháp này thường được sử dụng hơn trong quá trình gia công màng mỏng và vật liệu phi kim loại. Khi khoan laser được thực hiện trên các tấm mỏng có độ dày dưới 0,5 mm, có một số sự thống nhất của quy trình, bao gồm thực tế là các lỗ có đường kính 0,001 đến 0,2 mm có thể được tạo ra trên tất cả các kim loại ở công suất tương đối thấp.

Khoan lỗ trên kim loại có thể được sử dụng trong một số trường hợp. Vì vậy, với sự trợ giúp của laser xung, việc cân bằng động của các bộ phận quay với tốc độ cao có thể được thực hiện. Sự mất cân bằng được lựa chọn bởi sự nóng chảy cục bộ của một khối lượng vật liệu nhất định. Tia laser cũng có thể được sử dụng để lắp các linh kiện điện tử, bằng cách làm bay hơi cục bộ vật liệu hoặc bằng cách đốt nóng chung. Mật độ năng lượng cao, kích thước điểm nhỏ và thời gian xung ngắn làm cho tia laser trở thành công cụ lý tưởng cho ứng dụng này.

Laser được sử dụng để khoan lỗ trên kim loại phải cung cấp mật độ công suất chùm tia tập trung theo thứ tự 107 - 108 W / cm2. Việc khoan lỗ bằng mũi khoan kim loại có đường kính nhỏ hơn 0,25 mm là một công việc khó khăn trong thực tế, trong khi khoan bằng tia laze giúp ta có thể thu được các lỗ có đường kính tương xứng với bước sóng bức xạ với độ chính xác vị trí đủ cao. Các chuyên gia của Công ty General Electric (Mỹ) tính toán rằng, việc khoan lỗ bằng laser so với xử lý bằng chùm tia điện tử có tính cạnh tranh kinh tế cao. Hiện nay, laser thể rắn chủ yếu được sử dụng để khoan lỗ. Chúng cung cấp tốc độ lặp lại xung lên đến 1000 Hz và công suất ở chế độ liên tục từ 1 đến 103 W, ở chế độ xung lên đến hàng trăm kilowatt và ở chế độ chuyển mạch Q lên đến vài megawatt. Một số kết quả xử lý bằng các tia laser như vậy được đưa ra trong bảng.

	Độ dày, mm	Đường kính lỗ, mm	Khoảng thời gian khoan	năng lượng laser,
		đầu vào	ngày cuối tuần
Thép không gỉ				10 xung
Thép niken
Vonfram
Molypden

Khoan vật liệu phi kim loại

Khoan lỗ là một trong những lĩnh vực đầu tiên của công nghệ laser. Đầu tiên, bằng cách đốt các lỗ trên các vật liệu khác nhau, các nhà thí nghiệm sử dụng chúng để ước tính năng lượng bức xạ của các xung laze. Hiện nay, quá trình khoan laser đang trở thành một hướng đi độc lập của công nghệ laser. Vật liệu cần khoan bằng tia laze bao gồm các loại phi kim loại như kim cương, đá ruby, sắt tây, gốm sứ, ... trong đó việc khoan lỗ bằng phương pháp thông thường rất khó hoặc không hiệu quả. Sử dụng tia laze, bạn có thể khoan các lỗ có đường kính khác nhau. Hai phương pháp sau được sử dụng cho hoạt động này. Trong phương pháp đầu tiên, chùm tia laze di chuyển dọc theo một đường bao nhất định và hình dạng của lỗ được xác định bởi quỹ đạo chuyển động tương đối của nó. Tại đây, một quá trình cắt diễn ra, trong đó nguồn nhiệt di chuyển với một tốc độ nhất định trong định hướng: trong trường hợp này, như một quy luật, laser sóng liên tục được sử dụng, cũng như laser xung hoạt động với tốc độ lặp lại xung tăng lên.

Trong phương pháp thứ hai, được gọi là phương pháp chiếu, lỗ được xử lý lặp lại hình dạng của chùm tia laze, có thể tạo ra bất kỳ mặt cắt nào bằng cách sử dụng hệ thống quang học. Phương pháp chiếu lỗ khoan có một số ưu điểm hơn so với phương pháp đầu tiên. Vì vậy, nếu một màng chắn (mặt nạ) được đặt trên đường đi của chùm tia, thì bằng cách này, có thể cắt bỏ phần ngoại vi của nó và có được sự phân bố cường độ tương đối đồng đều trên mặt cắt ngang của chùm tia. Do đó, ranh giới của vùng chiếu xạ sắc nét hơn, độ côn của lỗ giảm và chất lượng được cải thiện.

Có một số kỹ thuật cho phép bạn chọn thêm một phần của vật liệu nóng chảy từ lỗ đang được xử lý. Một trong số đó là sự sáng tạo quá áp khí nén hoặc các khí khác, được đưa vào khu vực khoan bằng cách sử dụng một vòi phun đồng trục với bức xạ laze. Phương pháp này được sử dụng để khoan các lỗ có đường kính 0,05-0,5 mm trên tấm sứ dày đến 2,5 mm bằng cách sử dụng tia laser CO2 hoạt động ở chế độ liên tục.

Việc khoan lỗ trên đồ gốm cứng không phải là một công việc dễ dàng: phương pháp thông thường yêu cầu dụng cụ kim cương, trong khi các phương pháp hiện có khác rất khó do kích thước của lỗ có đường kính bằng một phần mười milimét. Những khó khăn này đặc biệt dễ nhận thấy khi chiều dày của tấm cần gia công lớn hơn đường kính của lỗ. Tỷ lệ giữa chiều sâu lỗ (độ dày vật liệu) với đường kính của nó là thước đo chất lượng của việc thu được các lỗ mỏng; nó là 2: 1 với khoan thông thường và khoảng 4: 1 với phương pháp siêu âm được sử dụng khi khoan gốm sứ và các vật liệu chịu lửa khác.

Phương pháp laser để khoan loại vật liệu này làm cho nó có thể đạt được thái độ tốt nhất với độ chính xác vị trí lỗ rất cao và tương đối ít thời gian. Do đó, để khoan laser gốm sứ alumin đa tinh thể mật độ cao, người ta sử dụng tia laser ruby ​​với năng lượng xung 1,4 J, một thấu kính hội tụ có tiêu cự 25 mm trên bề mặt đĩa và cung cấp mật độ công suất khoảng 4. -106 W / cm2. Trung bình, 40 xung ở tốc độ lặp lại 1 Hz được yêu cầu để khoan qua một đĩa sứ dày 3,2 mm. Khoảng thời gian xung laser là 0,5 ms. Các lỗ tạo thành có một hình côn với đường kính khoảng 0,5 mm ở đầu vào và 0,1 mm ở đầu ra. Có thể thấy, tỷ lệ chiều sâu và đường kính lỗ trung bình là khoảng 11: 1, lớn hơn nhiều so với tỷ lệ tương tự đối với các phương pháp khoan lỗ khác. Đối với các vật liệu đơn giản, tỷ lệ này để khoan laser có thể là 50: 1.

Để loại bỏ các sản phẩm cháy và pha lỏng khỏi vùng khoan, sử dụng thổi khí bằng không khí hoặc các loại khí khác. Việc thổi sản phẩm hiệu quả hơn xảy ra với sự kết hợp giữa thổi từ mặt trước và hút chân không từ mặt sau của mẫu. Một sơ đồ tương tự đã được sử dụng để khoan lỗ trên đồ gốm sứ dày tới 5 mm. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ pha lỏng trong trường hợp này chỉ xảy ra sau khi hình thành lỗ thông.

Trong bảng. 7 hiển thị các thông số của lỗ trên một số vật liệu phi kim loại và chế độ gia công của chúng.

Vật chất	Tùy chọn lỗ	Chế độ xử lý
	Đường kính, mm	Chiều sâu, mm	Tỷ lệ chiều sâu và đường kính	Năng lượng, J	Thời lượng xung	Mật độ từ thông, W / cm2	Số lượng xung trên mỗi lỗ
Gốm sứ

Khoan laser các lỗ trên bề mặt cứng

Khoan lỗ bằng laser được đặc trưng bởi quá trình vật lý như làm nóng, làm bay hơi và làm tan chảy vật liệu. Giả thiết rằng lỗ tăng độ sâu do bay hơi và đường kính - do sự nóng chảy của các bức tường và sự dịch chuyển của chất lỏng bởi áp suất hơi vượt quá.

Để có được các lỗ chính xác với dung sai khoảng 2 µm, người ta sử dụng các tia laze có xung cực ngắn trong khoảng ns và ps. Cho phép bạn kiểm soát đường kính của lỗ ở một mức nhất định, tức là không dẫn đến sự gia nhiệt và nóng chảy của các bức tường gây ra sự phát triển của đường kính lỗ, nhưng dẫn đến sự bay hơi của vật liệu khỏi pha rắn. Ngoài ra, việc sử dụng laser có dải xung ns và ps có thể làm giảm đáng kể sự hiện diện của pha lỏng đông đặc trên bề mặt bên của lỗ.

TẠI khoảnh khắc này Có một số phương pháp để thực hiện khoan lỗ bằng laser: khoan xung đơn sử dụng một xung duy nhất do đó một lỗ được khoan. Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ. Nhược điểm năng lượng xung cao, độ dày thấp và hình thức kinh điển lỗ bằng cách giảm sự truyền nhiệt năng với chiều sâu lỗ tăng.

Trong khoan va chạm, một lỗ được tạo ra bởi một số xung laser có thời lượng và năng lượng ngắn.

Ưu điểm: khả năng tạo lỗ sâu hơn (khoảng 100 mm), thu được các lỗ có đường kính nhỏ. Nhược điểm của phương pháp này là quá trình khoan lâu hơn.

Việc khoan lỗ xảy ra dưới tác động của một số xung laser. Đầu tiên, búa laser khoan lỗ ban đầu. Sau đó, anh ta phóng to lỗ ban đầu bằng cách di chuyển nhiều lần dọc theo đường tròn tăng dần trên phôi. Phần lớn vật liệu nóng chảy bị đẩy ra khỏi lỗ theo hướng đi xuống. Khoan xoắn, không giống như khoan lõi, không liên quan đến việc tạo lỗ bắt đầu. Tia laser đã có từ các xung đầu tiên di chuyển dọc theo một đường tròn xuyên qua vật liệu. Với một phong trào như vậy một số lượng lớn vật chất đi ra. Di chuyển giống như một cầu thang xoắn ốc, tia laser tạo ra lỗ hổng sâu hơn. Sau khi tia laser đi qua vật liệu, có thể thực hiện thêm một vài vòng nữa. Chúng được thiết kế để mở rộng mặt dưới của lỗ và làm nhẵn các cạnh. Khoan xoắn tạo ra các lỗ rất lớn và sâu Chất lượng cao. Ưu điểm: thu được các lỗ lớn và sâu với chất lượng cao.

Ưu điểm của khoan laser: khả năng thu được các lỗ nhỏ (nhỏ hơn 100 micron), không cần khoan lỗ ở một góc, khoan lỗ trên vật liệu rất cứng, khả năng thu được các lỗ không tròn, năng suất quá trình cao, hiệu ứng nhiệt thấp trên vật liệu (nhiệt giảm khi vật liệu giảm thời gian xung), một phương pháp không tiếp xúc cho phép khoan các vật liệu dễ vỡ (kim cương, sứ, ferit, tinh thể sapphire, thủy tinh), tự động hóa quá trình cao, dịch vụ lâu dài tuổi thọ và tính ổn định của quá trình.

Công việc này được dành cho việc tìm kiếm các chế độ tối ưu của việc khoan lỗ bằng laser trên các bề mặt cứng khác nhau.

Đối với các thí nghiệm, một laser Nd: YAG xung hồng ngoại có bước sóng 1064 nm đã được sử dụng. Với công suất laser tối đa là 110 W, tốc độ lặp lại xung là 10 kHz và thời gian xung là 84 ns, các lỗ trong tác phẩm này được tạo ra bằng cách khoan va chạm. Trong quá trình khoan laser, công suất của bức xạ laser thay đổi từ 3,7 W đến 61,4 W, đường kính của vết laser trên bề mặt mẫu thay đổi từ 2 mm đến 4 mm.

Việc khoan lỗ bằng laser được thực hiện trên các bề mặt rắn sau: nhựa (màu vàng), sợi carbon, nhôm, dày 1,22,3 mm, tương ứng. kim loại lỗ khoan laser

Chất lượng của việc khoan laser trên bề mặt bị ảnh hưởng đáng kể bởi các thông số sau: công suất laser trung bình, đường kính của điểm laser trên bề mặt mẫu, tính chất vật lý của vật liệu (hệ số hấp thụ bức xạ laser của bề mặt, nhiệt độ nóng chảy), bước sóng bức xạ laser, thời gian xung và phương pháp khoan laser (xung đơn, khoan va đập, v.v.).

Bảng 1 cho thấy các chế độ khoan laser trên các bề mặt cứng khác nhau.

Các phương thức khoan lỗ bằng laser trên các bề mặt khác nhau

Khoan laser có đặc điểm là tăng tính dễ vỡ

khoan laserđược sử dụng rộng rãi để tạo lỗ không chỉ trong vật liệu cứng và siêu cứng, mà còn trong vật liệu có đặc điểm là tăng độ giòn.

Vì khoan laser lỗ hiện tại, họ đang sử dụng hệ thống lắp đặt Kvant-11, được tạo ra trên cơ sở tia laser YAG-Nd xung. Hàn laser cũng dựa trên hoạt động của bức xạ laser xung hội tụ. Hơn nữa, cả đường hàn và hàn điểm đều được sử dụng.

Các quy trình chính trong tia laze Việc khoan các vật liệu phi kim loại, cũng như trong quá trình cắt, được làm nóng, nóng chảy và bay hơi từ vùng chiếu xạ laser. Để đảm bảo các quá trình này, cần có mật độ công suất từ ​​106 - 107 W / cm2, được tạo ra bởi hệ thống quang học tại tiêu điểm. Trong trường hợp này, lỗ phát triển theo chiều sâu do sự bay hơi của vật liệu; Ngoài ra còn có sự nóng chảy của các bức tường và sự phụt ra của phần chất lỏng do áp suất hơi quá cao. Ngành công nghiệp hiện nay đang sử dụng rộng rãi khoan laser các lỗ trên kim cương, mang lại độ chính xác cao và kiểm soát việc hình thành các lỗ trong quá trình khoan.

Khoan lỗ bằng mũi khoan kim loại có đường kính nhỏ hơn 0 25 mm là một công việc thực tế khó khăn, trong khi khoan laser cho phép thu được các lỗ có đường kính tương xứng với bước sóng bức xạ, với độ chính xác đủ cao về vị trí đặt.

Từ các thí nghiệm được biết rằng các đặc tính kỹ thuật và tính năng của việc cắt laser chính xác tấm kim loại mỏng thường được xác định bởi các điều kiện và yếu tố giống như các đặc tính kỹ thuật của quá trình. khoan laser nhiều lỗ . Chiều rộng trung bình của một đường cắt ở các tấm kim loại mỏng thường là 30 - 50 micron dọc theo toàn bộ chiều dài của mẫu, thành của chúng gần như song song, bề mặt không có các khuyết tật lớn và tạp chất lạ. Một trong những đặc điểm của việc cắt bằng bức xạ xung là khả năng xảy ra cái gọi là hiệu ứng kênh hóa. Hiệu ứng này được thể hiện trong việc cuốn theo chùm tia định tính (nhiễu xạ) vào kênh được hình thành bởi các xung trước đó bằng cách phản xạ lại từ thành của nó. Sự hình thành một kênh mới bắt đầu sau sự dịch chuyển của toàn bộ chùm nhiễu xạ ra ngoài đường viền của chùm trước đó. Quá trình này xác định độ nhám giới hạn của thành cắt và có thể ổn định độ chính xác của vết cắt bằng cách bù đắp cho sự không ổn định của mẫu hướng trong quá trình gia công nhiều lần. Trong trường hợp này, độ nhám của các cạnh cắt thường không vượt quá 4–5 μm, có thể được coi là khá thỏa đáng.

Laser cũng thực hiện một hoạt động như gia công các khuôn đã qua sử dụng đến đường kính lớn hơn tiếp theo theo tiêu chuẩn. Nếu trong quá trình khoan cơ khí, thao tác này mất khoảng 20 giờ, thì với khoan laser chỉ cần vài chục xung. Tổng khoảng thời gian là khoảng 15 phút để gia công thô một khuôn.

Khoan lỗ có lẽ là một trong những lĩnh vực đầu tiên của công nghệ laser. Quy trình hiện đang khoan laser trở thành một hướng đi độc lập của công nghệ laser và chiếm một thị phần đáng kể trong ngành công nghiệp trong và ngoài nước. Vật liệu cần khoan bằng tia laze bao gồm các loại phi kim loại như kim cương, đá ruby, sắt tây, gốm sứ, ... trong đó việc khoan lỗ bằng phương pháp thông thường rất khó hoặc không hiệu quả.

Tuy nhiên, khi khoan lỗ trên vật liệu dày, xung đơn năng lượng cao được ưu tiên hơn. Màng chắn của dòng laser giúp tạo ra các lỗ có hình dạng, nhưng phương pháp này thường được sử dụng hơn trong quá trình gia công màng mỏng và vật liệu phi kim loại. Trong trường hợp đó, đến khi nào l khoan laser được sản xuất ở dạng tấm mỏng có độ dày dưới 0,5 mm, có một số quy trình thống nhất, bao gồm thực tế là các lỗ có đường kính 0,001 đến 0,2 mm có thể được tạo ra trên tất cả các kim loại ở công suất tương đối thấp. Ở độ dày lớn, theo Hình. 83, sự không tuyến tính xuất hiện do hiệu ứng sàng lọc.

Thậm chí trước đó, người ta đã lưu ý rằng việc sử dụng PCB linh hoạt làm tăng độ tin cậy của chúng, giảm thời gian lắp ráp thiết bị hàng trăm giờ, và tăng khối lượng và khối lượng lên 2–4 so với việc sử dụng PCB cứng trong MEA. Giờ đây, sự hãm thành từ trước đối với sự phát triển của phần mềm linh hoạt, cụ thể là sự bảo thủ nổi tiếng của các nhà thiết kế quen làm việc với phần mềm thông thường, có thể được coi là một giai đoạn đã qua. Trong trường hợp này, nhiệm vụ giảm ứng suất cơ học giữa PCB và LSI được cài đặt trên nó trong giá đỡ tinh thể được tạo điều kiện thuận lợi và cũng có thể đạt được khoan laser các lỗ phụ có đường kính 125 micron (thay vì 800 micron trong PCB thông thường) để chuyển đổi giữa các lớp bằng cách lấp đầy chúng liên tục bằng đồng. Cuối cùng, PCB polyimide mềm dẻo trong suốt, cho phép kiểm tra trực quan tất cả các mối hàn ở mỗi lớp dưới các điều kiện ánh sáng được lựa chọn cẩn thận.

Sự kết luận

Tóm lại, tôi muốn nhấn mạnh một số các vấn đề chungứng dụng công nghệ laser trong sản xuất hiện đại.

Giai đoạn đầu tiên trong việc tạo ra một cài đặt công nghệ laser là phát triển một nhiệm vụ kỹ thuật. Trong nhiều trường hợp, khách hàng cố gắng chơi nó an toàn và đưa vào nó những đặc điểm vượt xa nhu cầu thực sự của sản xuất. Kết quả là giá thành thiết bị tăng từ 30-50%. Nghịch lý thay, lý do của điều này, theo quy luật, chi phí tương đối cao của các hệ thống laser. Nhiều nhà lãnh đạo doanh nghiệp nghĩ như thế này:

“... nếu tôi mua một thiết bị đắt tiền mới, thì xét về đặc tính của nó, nó sẽ vượt quá tiêu chuẩn yêu cầu ở thời điểm hiện tại," có thể ", một ngày nào đó nó sẽ có ích cho tôi ...". Do đó, các khả năng tiềm ẩn của thiết bị sẽ không bao giờ được sử dụng và thời gian hoàn vốn của nó tăng lên.

Một ví dụ về cách tiếp cận như vậy là sự chuyển đổi từ đánh dấu cơ học của các bộ phận sang đánh dấu bằng laser. Tiêu chí đánh dấu chính là độ tương phản của dòng chữ và khả năng chống mài mòn. Độ tương phản được xác định bằng tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều sâu của đường khắc. Chiều rộng dòng tối thiểu để khắc cơ khí là khoảng 0,3 mm. Để có được một dòng chữ tương phản, độ sâu của nó phải là khoảng 0,5 mm. Do đó, trong nhiều trường hợp, khi lập các điều khoản tham chiếu cho việc lắp đặt laser, các thông số này được tính đến. Nhưng chiều rộng dòng trong quá trình khắc laser tương ứng là 0,01-0,03 mm, độ sâu của dòng chữ có thể được thực hiện 0,05 mm, tức là một độ lớn nhỏ hơn bậc cơ học. Do đó, mối quan hệ giữa công suất laser và thời gian đánh dấu có thể được tối ưu hóa liên quan đến chi phí của hệ thống. Do đó, giá của việc lắp đặt laser được giảm xuống, và do đó, thời gian hoàn vốn của nó.

Sự ra đời của công nghệ laser trong nhiều trường hợp có thể giải quyết các vấn đề "cũ" bằng các phương pháp mới về cơ bản. Một ví dụ cổ điển về điều này là việc áp dụng các dòng chữ bảo vệ, nhãn hiệu, v.v. trên sản phẩm để bảo vệ chống hàng giả. Khả năng của công nghệ la-de làm cho nó có thể xác định một dòng chữ bảo mật bằng một dòng duy nhất trên dòng chữ. Khả năng sử dụng các phương pháp mật mã cho phép bạn triển khai bảo vệ "động" chống lại sự giả mạo, tức là Trong khi lưu bản vẽ tổng thể, sau một thời gian nhất định, một số yếu tố chỉ có chuyên gia mới nhận biết được hoặc thiết bị đặc biệt thay đổi. Không thể đạt được đối với các phương pháp làm giả cơ học là khả năng tạo ra một gờ nhỏ (3-10 micron) từ sự phát xạ kim loại trên các cạnh của đường khắc bằng tia laser. Việc sử dụng phức tạp các kỹ thuật như vậy sẽ giảm thiểu khả năng làm giả và làm cho nó không có lợi về mặt kinh tế.

Triển khai các công nghệ laser trong sân khấu này phát triển công nghệ (quá trình chuyển đổi từ chủ nghĩa tư bản "hoang dã" sang sản xuất bình thường) chỉ là một trong những lựa chọn cho sự khởi đầu của sự hình thành cái được gọi là sản xuất công nghệ cao. Những doanh nghiệp nhỏ sử dụng một số loại hệ thống laze này đã xác nhận quy luật biện chứng của quá trình chuyển đổi từ số lượng sang chất lượng. Theo quy định, thiết bị mới đòi hỏi các phương pháp bảo dưỡng mới về cơ bản, liên quan đến việc tăng cường sự chú ý của nhân viên và duy trì "sự sạch sẽ" trong căn phòng nơi nó được đặt. Những thứ kia. có một sự chuyển đổi sang chất lượng cấp độ mới văn hóa sản xuất. Đồng thời, số lượng nhân viên thường giảm, và các nhà quản lý doanh nghiệp bắt đầu giải quyết các vấn đề về tổ chức công việc không phải của một “đội lao động”, mà là tối ưu hóa công việc của một doanh nghiệp trong đó nhân viên chỉ là một phần không thể thiếu của công nghệ. tiến trình. Bất kể việc sản xuất này có tiếp tục sử dụng hay không công nghệ laze hay không, kinh nghiệm có được và văn hóa đã hình thành sẽ không biến mất ở bất cứ đâu. Đây là điều mà các nhà quan sát bên ngoài thường gọi là một cuộc cách mạng công nghệ hoặc khoa học kỹ thuật, mặc dù trên thực tế nó là một quá trình tiến hóa bình thường. Lịch sử phát triển của nhiều hãng công nghệ lớn cho thấy tại một số thời điểm giai đoạn đầu phát triển, tất cả đều có một giai đoạn chuyển đổi tương tự. Có thể xảy ra rằng chúng ta hiện đang ở giai đoạn phát triển công nghệ, nơi các khoản đầu tư tương đối nhỏ vào công nghệ mới hiện nay sẽ dẫn đến lợi nhuận lớn trong tương lai. Trong hiệp lực, khoa học về các hệ thống tự tổ chức, một tình huống như vậy tuân theo định luật “con bướm” (R. Bradbury “Và sấm rền ...”), mô tả quá trình khi những thay đổi nhỏ trong quá khứ hoặc hiện tại dẫn đến tác động toàn cầu trong tương lai.

Danh sách tài liệu đã sử dụng

1. Rykalin N.N. Xử lý vật liệu bằng laser. M., Mashinostroenie, 1975, 296 tr.

2. Grigoryants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Quy trình công nghệ xử lý laser: Proc. hướng dẫn sử dụng cho các trường đại học / Ed. A.G. Grigoryant. - M.: Nhà xuất bản MSTU im. N.E. Bauman, 2006. -664 tr.

3. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Việc sử dụng laser trong kỹ thuật cơ khí và chế tạo dụng cụ. - L., Kỹ thuật cơ khí. Leningrad. cục, 1978, 336 tr.

Được lưu trữ trên Allbest.ru

...

Tài liệu tương tự

Phát triển máy khoan lỗ trên gáy sách in. Phân tích các thiết bị hiện có để khoan lỗ, những thiếu sót của nó. Sự phát triển sơ đồ công nghệ máy công cụ và thiết kế đầu khoan.

luận án, bổ sung 29/07/2010


Các giai đoạn phát triển công cụ khoan lỗ chi tiết: đặt phôi theo mặt phẳng nằm ngang trên bề mặt, lựa chọn thiết bị cho quy trình công nghệ, tính toán điều kiện cắt, sai số chế tạo và độ chính xác của vật liệu.

hạn giấy, bổ sung 16/11/2010


Cơ sở công nghệ của quá trình khoan lỗ. Các loại máy và các bộ phận chính của chúng. Ảnh hưởng của vật liệu và các yếu tố hình học của mũi khoan. Thay đổi các thông số hình học của phần cắt của mũi khoan. Các chế độ chính của hoạt động hoàn thiện để sản xuất mũi khoan.

luận án, bổ sung 30/09/2011


Lịch sử của máy cắt kim loại. Mục đích của khoan là các hoạt động để lấy lỗ trên các vật liệu khác nhau trong quá trình xử lý chúng, mục đích là tạo lỗ để ren, doa, doa. Các kiểu duỗi chính.

bản trình bày, thêm 10/05/2016


Những khó khăn chính của việc gia công lỗ. Thiết lập các tùy chọn cho hoạt động khoan sâu. Chức năng của chất lỏng bôi trơn, các phương pháp cung cấp chất lỏng bôi trơn. Các loại khoan sâu. Sự hình thành phoi đạt yêu cầu và loại bỏ nó ra khỏi lỗ.

hướng dẫn đào tạo, bổ sung 12/08/2013


Mô tả các hoạt động công nghệ - khoan và doa để có được các lỗ trên "tấm dẫn" chi tiết. Sự lựa chọn máy công cụ để xử lý nó. Nguyên lý hoạt động và tính toán của nó cho chính xác. Xác định điều kiện cắt và lực kẹp.

hạn giấy, bổ sung 17/01/2013


Sự hình thành các lỗ trên kim loại rắn bằng cách khoan, độ chính xác của quá trình xử lý chúng, một bộ công cụ; lớp nhám bề mặt. Chế độ khoan, khắc chìm, doa. Phát triển một sơ đồ kẹp bộ phận; tính toán sai số đế và lực kẹp.

phòng thí nghiệm làm việc, thêm ngày 29 tháng 10 năm 2014


Khoan, doa, đục lỗ và doa lỗ trên các bộ phận lớn và nặng. Các loại vật liệu được đề nghị cho máy cắt bào, đặc điểm của chúng. Tính toán chế độ cắt để chế tạo trục thép tiện dọc.

kiểm soát công việc, bổ sung 21/11/2010


công nghệ laser. Nguyên lý hoạt động của tia laser. Tính chất cơ bản của chùm tia laze. Tính đơn sắc của bức xạ laze. Sức mạnh của anh ấy. Động lượng khổng lồ. Việc sử dụng một chùm tia laze trong công nghiệp và công nghệ, y học. Hình ảnh ba chiều.

tóm tắt, bổ sung 23/11/2003


Khoan là quá trình tạo lỗ trên vật liệu rắn bằng cách sử dụng một công cụ gọi là mũi khoan. Xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình công nghệ, các chuyển động hiện có: chuyển động quay và tịnh tiến.

Công nghệ laser có khả năng đóng một vai trò quan trọng hơn bao giờ hết trong công nghiệp chế biến vật liệu. Họ thực hiện thành công việc cắt, hàn, khoan, gia công bề mặt nhiệt, vẽ nguệch ngoạc và những người khác các hoạt động. Những lợi thế của điều này bao gồm năng suất cao hơn, chất lượng hoàn hảo, tính độc đáo của các hoạt động được thực hiện ở những nơi xa tầm với hoặc bề mặt rất nhỏ. Các hệ thống tự động để định vị và tập trung các phức hợp laser làm cho ứng dụng của chúng thậm chí còn hiệu quả hơn và dễ vận hành tạo tiền đề cho việc triển khai rộng rãi chúng vào các quy trình sản xuất

S.N. Kolpakov, A.A. Chấp thuận,
LLC "Alt laser", Kharkov

Hiện nay, tia laser thực hiện thành công một số hoạt động công nghệ, chủ yếu như cắt, hàn, khoan, xử lý nhiệt bề mặt, viết nguệch ngoạc, đánh dấu, khắc, v.v., và trong một số trường hợp, nó mang lại lợi thế hơn so với các loại gia công khác. Do đó, việc khoan các lỗ trên vật liệu có thể được hoàn thành nhanh hơn và việc ghi chép các vật liệu khác nhau cũng hoàn hảo hơn. Ngoài ra, một số loại hoạt động mà trước đây không thể thực hiện được do cường độ lao động tăng lên được thực hiện thành công rực rỡ. Ví dụ, hàn vật liệu và khoan lỗ có thể được thực hiện qua kính trong chân không hoặc môi trường có nhiều khí khác nhau.

Xử lý vật liệu công nghiệp đã trở thành một trong những lĩnh vực mà tia laser được sử dụng rộng rãi nhất. Trước khi laser ra đời, các nguồn nhiệt chính để xử lý công nghệ là một đầu đốt khí, phóng điện hồ quang, hồ quang plasma và chùm điện tử. Với sự ra đời của tia laser phát ra năng lượng cao, hóa ra có thể tạo ra mật độ thông lượng ánh sáng cao trên bề mặt được xử lý. Vai trò của laser như là nguồn sáng hoạt động ở chế độ liên tục, xung liên tục hoặc xung khổng lồ là cung cấp cho bề mặt của vật liệu được xử lý một mật độ năng lượng đủ để làm nóng, nóng chảy hoặc bay hơi, là cơ sở của công nghệ laser.

Hiện nay, tia laser thực hiện thành công một số hoạt động công nghệ, chủ yếu như cắt, hàn, khoan lỗ, xử lý nhiệt bề mặt, vẽ nguệch ngoạc, đánh dấu, khắc, v.v., và trong một số trường hợp mang lại lợi thế hơn so với các loại gia công khác. Do đó, việc khoan các lỗ trên vật liệu có thể được hoàn thành nhanh hơn và việc ghi chép các vật liệu khác nhau cũng hoàn hảo hơn. Ngoài ra, một số loại thao tác trước đây không thể thực hiện được do khó tiếp cận đang được thực hiện rất thành công. Ví dụ, hàn vật liệu và khoan lỗ có thể được thực hiện qua kính trong môi trường chân không hoặc môi trường có nhiều khí khác nhau.

Từ "laser" được tạo thành từ các chữ cái đầu tiên trong cụm từ tiếng Anh Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, dịch sang tiếng Nga có nghĩa là: khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích . Về mặt cổ điển, điều này đã xảy ra khi mô tả các công nghệ xử lý vật liệu bằng laze, người ta chỉ chú ý đến bản thân các tia laze, nguyên lý hoạt động và các thông số kỹ thuật của chúng. Tuy nhiên, để thực hiện bất kỳ quá trình xử lý chiều vật liệu bằng laser nào, ngoài tia laser, người ta còn cần một hệ thống hội tụ chùm tia, một thiết bị để điều khiển chuyển động của chùm dọc theo bề mặt của phôi hoặc một thiết bị để di chuyển sản phẩm liên quan đến chùm tia, hệ thống thổi khí, hệ thống dẫn hướng và định vị quang học, phần mềm điều khiển quá trình cắt, khắc laser, v.v. Trong hầu hết các trường hợp, việc lựa chọn các thông số của thiết bị và hệ thống phục vụ trực tiếp cho tia laser là không kém phần quan trọng các thông số của chính tia laser. Ví dụ, để đánh dấu vòng bi có đường kính dưới 10 mm hoặc hàn laser điểm chính xác, thời gian dành cho việc định vị sản phẩm và lấy nét vượt quá thời gian khắc hoặc hàn một hoặc hai bậc thang (thời gian đánh dấu vòng bi xấp xỉ 0,5 s). Do đó, nếu không sử dụng hệ thống định vị và lấy nét tự động, việc sử dụng hệ thống laser trong nhiều trường hợp trở nên không hiệu quả về mặt kinh tế. Sự tương tự của hệ thống laser với ô tô cho thấy rằng laser hoạt động như một động cơ. Cho dù động cơ tốt đến đâu, nhưng không có bánh xe và mọi thứ khác, chiếc xe sẽ không thể đi được.

Một yếu tố quan trọng khác trong việc lựa chọn hệ thống công nghệ laser là tính dễ bảo trì của chúng. Như thực tế đã chỉ ra, các nhà khai thác có trình độ thấp để bảo dưỡng các thiết bị đó. Một trong những lý do của điều này là hệ thống laser được lắp đặt trong hầu hết các trường hợp để thay thế các quy trình công nghệ lạc hậu (tác động và đánh dấu sản phẩm bằng hóa chất, khắc cơ khí, hàn thủ công, khắc thủ công, v.v.). Theo quy định, người đứng đầu các doanh nghiệp hiện đại hóa sản xuất của họ, vì lý do đạo đức, thay thế thiết bị cũ bằng thiết bị mới, để lại nhân viên phục vụ cũ (theo nghĩa đen và nghĩa bóng). Do đó, để đưa các hệ thống công nghệ laser vào sản xuất trong những điều kiện phát triển ban đầu nhất định của nó (ở các nước cộng hòa hậu Xô Viết), cần phải cung cấp mức độ tự động hóa cao nhất có thể và dễ đào tạo. Chúng ta không nên loại bỏ thực tế rằng mức lương của nhân sự không có kinh nghiệm thấp hơn của một chuyên gia được đào tạo. Do đó, sẽ tiết kiệm chi phí hơn nếu mua thiết bị phức tạp với khả năng dễ bảo trì hơn là mời nhân viên có trình độ cao.

Do đó, nhiệm vụ của việc sử dụng công nghệ laze trong sản xuất hiện đại không chỉ được xem xét trên quan điểm các thông số kỹ thuật của bản thân laze mà còn phải tính đến các đặc tính của thiết bị và phần mềm cho phép sử dụng các đặc tính cụ thể của laser để giải quyết một vấn đề công nghệ cụ thể.

Bất kỳ hệ thống laser nào được thiết kế để xử lý các chiều của vật liệu được đặc trưng bởi các thông số sau:

• tốc độ xử lý (cắt, khắc, v.v.);
• nghị quyết;
• độ chính xác của quá trình xử lý;
• kích thước của lĩnh vực làm việc;
• phạm vi của vật liệu chế biến (kim loại đen, kim loại màu, gỗ, chất dẻo, v.v.);
• phạm vi kích thước và trọng lượng của sản phẩm dự định để chế biến;
• cấu hình sản phẩm (ví dụ, khắc trên bề mặt phẳng, hình trụ, gợn sóng);
• thời gian cần thiết để thay đổi các nguyên công đã thực hiện (thay đổi mẫu khắc, cấu hình đường cắt, thay đổi vật liệu gia công, v.v.);
• thời gian cài đặt và định vị của sản phẩm;
• các thông số về điều kiện môi trường (dải nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng bụi) mà hệ thống có thể vận hành;
• yêu cầu về trình độ của nhân viên phục vụ.

Dựa trên các thông số này, loại tia laser, thiết bị quét tia được lựa chọn, thiết kế dây buộc của sản phẩm được phát triển, mức độ tự động hóa của toàn bộ hệ thống, vấn đề cần viết các chương trình chuyên biệt để chuẩn bị các tệp bản vẽ, các đường cắt, vv đang được quyết định.

Các đặc tính kỹ thuật chính xác định bản chất của quá trình xử lý là các thông số năng lượng của laser - năng lượng, công suất, mật độ năng lượng, thời gian xung, cấu trúc không gian và thời gian của bức xạ, phân bố không gian của mật độ công suất bức xạ tại điểm lấy nét, điều kiện lấy nét, vật lý thuộc tính của vật liệu (phản xạ, đặc tính vật lý nhiệt, điểm nóng chảy, v.v.).

Khoan laser các lỗ trên kim loại

Có những lợi thế khi sử dụng tia laser làm công cụ khoan.

Không có tiếp xúc cơ học giữa dụng cụ khoan và vật liệu, cũng như gãy và mài mòn mũi khoan.

Độ chính xác của vị trí lỗ được tăng lên, vì quang học được sử dụng để tập trung chùm tia laze cũng được sử dụng để hướng nó đến điểm mong muốn. Các lỗ có thể được định hướng theo bất kỳ hướng nào.

Tỷ lệ chiều sâu và đường kính khoan đạt được lớn hơn so với các phương pháp khoan khác.

Khi khoan, cũng như khi cắt, các đặc tính của vật liệu được xử lý ảnh hưởng đáng kể đến các thông số laser cần thiết để thực hiện hoạt động. Việc khoan được thực hiện bằng laser xung hoạt động ở cả chế độ chạy tự do với thời gian xung theo bậc 1 μs và ở chế độ chuyển mạch Q với thời gian vài chục nano giây. Trong cả hai trường hợp, có một hiệu ứng nhiệt lên vật liệu, sự nóng chảy và bay hơi của nó. Lỗ hổng phát triển theo chiều sâu chủ yếu do bay hơi và theo đường kính - do sự nóng chảy của các bức tường và sự chảy ra của chất lỏng dưới áp suất hơi dư thừa được tạo ra.

Thông thường, các lỗ sâu có đường kính mong muốn thu được bằng cách sử dụng các xung laser năng lượng thấp lặp đi lặp lại. Trong trường hợp này, các lỗ có độ côn nhỏ hơn và chất lượng tốt hơn được hình thành so với các lỗ thu được với năng lượng cao hơn của một xung đơn. Ngoại lệ là các vật liệu có chứa các nguyên tố có khả năng tạo ra áp suất hơi cao. Do đó, rất khó hàn đồng thau với bức xạ xung laze do hàm lượng kẽm cao, tuy nhiên, khi khoan, đồng thau có một số ưu điểm, do nguyên tử kẽm cải thiện đáng kể cơ chế bay hơi.

Vì chế độ đa xung giúp ta có thể thu được các lỗ có chất lượng tốt nhất với hình dạng mong muốn và có độ lệch nhỏ so với kích thước quy định, nên trên thực tế, chế độ này đã trở nên phổ biến khi khoan lỗ trên kim loại mỏng và vật liệu phi kim loại. Tuy nhiên, khi khoan lỗ trên vật liệu dày, xung đơn năng lượng cao được ưu tiên hơn. Màng chắn của dòng laser giúp tạo ra các lỗ có hình dạng, nhưng phương pháp này thường được sử dụng hơn trong quá trình gia công màng mỏng và vật liệu phi kim loại. Khi khoan laser được thực hiện trên các tấm mỏng có độ dày dưới 0,5 mm, có một số sự thống nhất của quy trình, bao gồm thực tế là các lỗ có đường kính 0,001 đến 0,2 mm có thể được tạo ra trên tất cả các kim loại ở công suất tương đối thấp.

Khoan lỗ trên kim loại có thể được sử dụng trong một số trường hợp. Vì vậy, với sự trợ giúp của laser xung, việc cân bằng động của các bộ phận quay với tốc độ cao có thể được thực hiện. Sự mất cân bằng được lựa chọn bởi sự nóng chảy cục bộ của một khối lượng vật liệu nhất định. Tia laser cũng có thể được sử dụng để lắp các linh kiện điện tử, bằng cách làm bay hơi cục bộ vật liệu hoặc bằng cách đốt nóng chung. Mật độ năng lượng cao, kích thước điểm nhỏ và thời gian xung ngắn làm cho tia laser trở thành công cụ lý tưởng cho ứng dụng này.

Tia laze được sử dụng để khoan lỗ trên kim loại phải cung cấp chùm tia hội tụ có mật độ công suất là 10 7 -10 8 W / cm 2. Việc khoan lỗ bằng mũi khoan kim loại có đường kính nhỏ hơn 0,25 mm là một công việc khó khăn trong thực tế, trong khi khoan bằng tia laze giúp ta có thể thu được các lỗ có đường kính tương xứng với bước sóng bức xạ với độ chính xác vị trí đủ cao. Các chuyên gia của Công ty General Electric (Mỹ) tính toán rằng việc khoan lỗ bằng laser so với xử lý bằng chùm tia điện tử có tính cạnh tranh kinh tế cao (Bảng 1). Hiện nay, laser thể rắn chủ yếu được sử dụng để khoan lỗ. Chúng cung cấp tốc độ lặp lại xung lên đến 1000 Hz và công suất ở chế độ liên tục từ 1 đến 10 3 W, ở chế độ xung lên đến hàng trăm kilowatt và ở chế độ chuyển mạch Q lên đến vài megawatt. Một số kết quả xử lý bằng các tia laser như vậy được đưa ra trong Bảng. 2.

Hàn laser kim loại

Hàn laser trong quá trình phát triển của nó có hai giai đoạn. Ban đầu, hàn điểm được phát triển. Điều này được giải thích là do sự hiện diện của các tia laser trạng thái rắn xung mạnh vào thời điểm đó. Hiện tại, với sự hiện diện của khí CO 2 công suất cao và laser Nd: YAG trạng thái rắn cung cấp bức xạ liên tục và xung liên tục, có thể hàn đường hàn với độ sâu xuyên lên đến vài mm. Hàn laser có một số ưu điểm hơn so với các loại hàn khác. Với sự hiện diện của mật độ cao thông lượng ánh sáng và hệ thống quang học, sự thâm nhập cục bộ trong điểm đã cho với độ chính xác cao. Hoàn cảnh này giúp bạn có thể hàn vật liệu ở những khu vực khó tiếp cận, trong chân không hoặc buồng chứa đầy khí với các cửa sổ trong suốt đối với bức xạ laser. Ví dụ, hàn các phần tử vi điện tử trong buồng có khí trơ là mối quan tâm thực tế đặc biệt, vì trong trường hợp này không có phản ứng oxy hóa.

Hàn các bộ phận xảy ra ở mật độ công suất thấp hơn nhiều so với cắt. Điều này được giải thích bởi thực tế là trong quá trình hàn, chỉ cần gia nhiệt và làm nóng chảy vật liệu, tức là mật độ công suất được yêu cầu vẫn không đủ cho quá trình bay hơi nhiều (10 5-10 6 W / cm 2), với thời gian xung khoảng 10 -3 -10 -4 với. Vì bức xạ laser tập trung vào vật liệu được xử lý là nguồn nhiệt bề mặt, nên việc truyền nhiệt đến độ sâu của các bộ phận được hàn được thực hiện do dẫn nhiệt và vùng thâm nhập thay đổi theo thời gian với chế độ hàn được lựa chọn phù hợp. Trong trường hợp mật độ công suất không đủ, sẽ xảy ra hiện tượng không thâm nhập vào vùng hàn và khi có mật độ công suất cao, kim loại bay hơi và hình thành các lỗ được quan sát thấy.

Quá trình hàn có thể được thực hiện trên máy cắt laser khí ở công suất thấp hơn và sử dụng một luồng khí trơ yếu vào vùng hàn. Với công suất laser CO 2 khoảng 200 W, có thể hàn thép dày đến 0,8 mm với tốc độ 0,12 m / phút; chất lượng của đường may không kém hơn so với xử lý bằng chùm tia điện tử. Hàn chùm điện tử có tốc độ hàn cao hơn một chút, nhưng nó được thực hiện trong buồng chân không, điều này tạo ra sự bất tiện lớn và đòi hỏi tổng chi phí thời gian đáng kể.

Trong bảng. Hình 3 cho thấy dữ liệu về hàn đối đầu bằng laser CO 2 với công suất 250 W của các vật liệu khác nhau.

Ở các công suất bức xạ khác của laser CO 2, dữ liệu về đường hàn được cho trong Bảng 1 thu được. 4. Khi hàn chồng chéo, đối đầu và góc, các tốc độ đạt được gần với tốc độ được chỉ ra trong bảng, với sự thâm nhập hoàn toàn của vật liệu được hàn trong vùng tác động của chùm tia.

Hệ thống hàn laser có khả năng hàn các kim loại khác nhau, tạo ra hiệu ứng nhiệt tối thiểu do kích thước điểm laser nhỏ, cũng như hàn các dây mỏng có đường kính nhỏ hơn 20 micron theo mô hình dây hoặc tấm thép.

Văn chương

1. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Việc sử dụng laser trong kỹ thuật cơ khí và chế tạo dụng cụ. - L .: Cơ khí. Leningrad. cục, 1978. - 336 tr.

2. Rykalin N.N. Xử lý vật liệu bằng laser. - M., Mashinostroenie, 1975. - 296 tr.

Khoan lỗ trên đá đồng hồ - đây là bước khởi đầu của hoạt động lao động của tia laser. Chúng ta đang nói về đá ruby, được sử dụng trong đồng hồ làm ổ trượt. Để sản xuất các vòng bi như vậy, người ta phải khoan lỗ bằng ruby ​​- một loại vật liệu rất cứng và đồng thời dễ vỡ - các lỗ có đường kính chỉ 1-0,05 mm. Trong nhiều năm, hoạt động chế tác đồ trang sức này được thực hiện theo phương pháp cơ học thông thường sử dụng các mũi khoan làm bằng dây đàn piano mỏng có đường kính 40-50 micron. Một chiếc máy khoan như vậy tạo ra tới 30 nghìn vòng quay mỗi phút và thực hiện đồng thời khoảng một trăm chuyển động qua lại. Phải mất đến 10-15 phút để khoan một viên đá.
Bắt đầu từ năm 1964, việc khoan đá đồng hồ bằng máy móc không hiệu quả bắt đầu được thay thế bằng việc khoan bằng tia laze ở khắp mọi nơi. Tất nhiên, thuật ngữ "khoan laser" không nên được hiểu theo nghĩa đen; Chùm tia laze không khoan lỗ mà xuyên qua nó, làm vật liệu bốc hơi dữ dội. Ngày nay, việc khoan laser trên đá đồng hồ là một việc phổ biến. Với mục đích này, chúng được sử dụng, đặc biệt,
29

ness, laser thủy tinh neodymium. Một lỗ trên đá (có bề dày phôi 0,5-1 mm) được đục bởi một chuỗi nhiều xung laze có năng lượng 0,5-1 J. Năng suất của máy laze ở chế độ tự động là một viên đá trên giây. Đây là năng suất cao gấp ngàn lần so với năng suất của máy khoan cơ khí!
Ngay sau khi ra đời, tia laser nhận được nhiệm vụ tiếp theo mà nó đã đối phó thành công - khoan (đục) các lỗ trên khuôn kim cương. Có lẽ không phải ai cũng biết rằng để có được một sợi dây rất mỏng từ đồng, đồng thau, vonfram, người ta sử dụng công nghệ kéo kim loại qua một lỗ có đường kính thích hợp. Những lỗ như vậy được khoan trên vật liệu có độ cứng đặc biệt cao, vì trong quá trình kéo dây, đường kính của lỗ phải không thay đổi. Kim cương được biết đến là loại cứng nhất. Do đó, cách tốt nhất là kéo một sợi dây mỏng qua một lỗ trên viên kim cương - qua cái gọi là khuôn kim cương. Chỉ với sự trợ giúp của khuôn dập kim cương, người ta mới có thể thu được một sợi dây siêu mỏng với đường kính chỉ 10 micron. Nhưng làm thế nào để bạn có thể khoan một lỗ mỏng trên một vật liệu siêu cứng như kim cương? Rất khó để thực hiện điều này một cách cơ học - phải mất tới mười giờ để khoan một lỗ trên khuôn kim cương một cách cơ học. Nhưng hóa ra, không khó để xuyên thủng lỗ này bằng một loạt các xung laser mạnh. /> Ngày nay, khoan laser không chỉ được sử dụng rộng rãi cho các vật liệu đặc biệt cứng, mà còn cho các vật liệu có đặc điểm là tăng tính dễ vỡ. Máy khoan laser hóa ra không chỉ mạnh mẽ mà còn là một “công cụ” rất tinh vi. Ví dụ, chúng ta hãy nói về vấn đề khoan lỗ trên đế vi mạch làm bằng gốm sứ alumin. Gốm sứ rất giòn. Vì lý do này, việc khoan lỗ cơ học trên chất nền của vi mạch được thực hiện trên vật liệu "thô" như một quy luật. Gốm sứ được nung sau khi khoan. Trong trường hợp này, một số biến dạng của sản phẩm đã xảy ra, vị trí tương đối của các lỗ khoan bị biến dạng. Vấn đề đã được giải quyết với sự ra đời của máy khoan laser. Sử dụng chúng, có thể làm việc với các chất nền gốm đã được
30

Đây là cách một lỗ trên khuôn kim cương trông như thế nào trong phần. Các xung laze xuyên qua một kênh nhám trên trống kim cương. Sau đó, xử lý kênh bằng sóng siêu âm, mài và đánh bóng, họ cung cấp cho nó một biên dạng cần thiết. Dây thu được khi kéo qua khuôn có đường kính d
Những lỗ nhỏ này, đường kính 0,3 mm, được đục vào một tấm sứ nhôm nhôm dày 0,7 mm bằng cách sử dụng tia laser CO2.

đồ gá. Với sự trợ giúp của tia laser, các lỗ rất mỏng được xuyên qua trên đồ gốm - với đường kính chỉ 10 micron. Lưu ý rằng không thể lấy được những lỗ như vậy bằng cách khoan cơ học.
Thực tế là khoan là thiên chức của laser, không ai nghi ngờ. Ở đây, laser thực sự không có đối thủ xứng tầm, đặc biệt là khi khoan những lỗ rất mỏng và rất sâu, khi phải khoan những lỗ trên vật liệu rất giòn hoặc rất cứng. Một thời gian tương đối ngắn trôi qua và rõ ràng là tia laser

chùm tia có thể được sử dụng thành công không chỉ để khoan, mà còn cho nhiều hoạt động xử lý vật liệu khác. Vì vậy, ngày nay chúng ta có thể nói về sự xuất hiện và phát triển của một công nghệ mới - laser.

Các chuyên gia đã phát triển nhiều cách xử lý kim cương để nâng cao chất lượng của những viên đá này. Cách được chứng minh nhất để cải thiện chất lượng của kim cương là khoan bằng tia laser.

Loại hình gia công kim cương này lần đầu tiên được sử dụng trong lĩnh vực thương mại vào những năm 70 của thế kỷ trước. Các tạp chất tối như nam châm, pyrotit và tạp cacbon không cải thiện đặc tính quang học của đá và hơn nữa, không thu hút được người mua. Trong quá trình khoan laser, những bao gồm cháy hết, được hòa tan bằng axit nitric hoặc axit sunfuric hoặc đã được làm trong.

Chùm tia laze của một thiết bị đặc biệt, một máy phát lượng tử trong dải IR với bước sóng khoảng 1060 nm, khoan một lỗ siêu nhỏ có đường kính không quá 20-60 micron. 20 micron tương đương với 0,02 mm, là độ dày của một sợi tóc người. khoan kim cương thực hiện đến độ sâu không quá 1,6 mm. Quá trình này mất trung bình 30 phút hoặc hơn.

Có một cách để làm sáng các tạp chất sẫm màu. Thông qua lỗ được khoan bởi chùm tia laze, không khí đi vào, dưới tác động của nó, màu sắc của vật liệu bao gồm có thể trở nên nhạt hơn đáng kể. Một cách khác để làm sáng là thuốc thử được đưa vào kênh của lỗ laser trong môi trường chân không, làm sáng hoặc làm tan hoàn toàn phần bao gồm. Kết quả cuối cùng phụ thuộc vào Thành phần hóa học sự bao gồm này.

Với sự gia tăng gấp mười lần dưới kính hiển vi hoặc dưới kính lúp, không khó để nhìn thấy các kênh của các lỗ laser, ngay cả khi chúng bị bịt kín. Họ có loại phễu trên bề mặt và các đường thẳng màu trắng bên trong. Gần đây, các chất như nhựa tổng hợp hoặc sáp đã được sử dụng để lấp đầy các kênh do chiết suất cao. Sau khi lấp đầy kênh bằng chất thích hợp, kênh được bịt kín. Mặc dù các lỗ bịt kín ít nhìn thấy trên bề mặt và ít bị nhiễm bẩn hơn, nhưng có thể nhìn thấy một "miệng núi lửa" trong ánh sáng phản chiếu tại vị trí khoan. Các vết khía tròn trên bề mặt cũng có thể được cảm nhận bằng đầu kim. Cần lưu ý rằng nếu trong quá trình khoan lỗ, chùm tia laze rơi vào vùng mạnh căng thẳng bên trong, sau đó ứng suất dễ phân biệt và các vết nứt phân cắt hình thành xung quanh kênh.

Khó khăn nảy sinh khi đánh giá những viên đá như vậy. Tất nhiên, các đặc điểm đá quý trực quan được cải thiện đáng kể, nhưng việc khoan tạo ra các khuyết tật nhân tạo dưới dạng các vết nứt nhỏ.

Kim cương được phân loại là nhóm nhất định sạch sẽ, có tính đến xuất hiện và sự hiện diện của các lỗ khoan. Cần lưu ý rằng mục đích của việc khoan laser không phải để làm tăng độ trong của kim cương, mà là để làm sáng các tạp chất sẫm màu. Điều này dẫn đến sự cải thiện về hình thức của đá và thu hút nhiều người mua hơn.

Các chứng chỉ chất lượng liên quan, hóa đơn và các tài liệu khác phải có thông tin về kết quả can thiệp của con người và sự hiện diện của các lỗ khoan laze.

Được phát triển gần đây phương pháp xử lý laser mới kim cương, trong đó kênh không được đưa lên bề mặt. Kiểu xử lý này phù hợp với những viên kim cương có lớp vùi sẫm màu gần bề mặt. Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này vẫn không đảm bảo không xuất hiện các vết nứt phân cắt và ứng suất mới, các "lông vũ" và các vết nứt nhỏ xung quanh vật thể vùi. Những khiếm khuyết thuộc loại này tồn tại trước khi xử lý, sau khi ứng dụng phương pháp này có thể tăng cường. Mặt khác, các vết nứt mới, chạm đến bề mặt, có thể đóng vai trò của các kênh. Khi axit được đưa vào các kênh này, các thể vùi trở nên nhẹ hơn. Phương pháp này không phù hợp với tất cả các loại đá, nhưng kim cương có bao phủ tối nằm gần bề mặt, có các vết nứt nhỏ - một vật liệu lý tưởng cho phương pháp tinh luyện này.

Bản chất của phương pháp xử lý laser này nằm ở chỗ, các tia laser ở chế độ phát xung được tập trung chính xác vào vị trí đưa vào. Kết quả của quá trình này, một lượng nhiệt đáng kể được giải phóng, góp phần truyền các vết nứt trên bề mặt đá. Do đó, không cần phải khoan kênh với sự hình thành của một cái phễu trên bề mặt. Dung môi, dễ dàng thâm nhập qua các vết nứt mới để bao gồm, làm sáng nó hoặc hòa tan nó. Nhưng phương pháp này có thể dẫn đến sự hình thành các vết rỗ và hốc trên bề mặt của đá với sự khác biệt là hình dạng của chúng sẽ không tròn hoàn hảo và kích thước sẽ nhỏ hơn một chút.

Nữa phương pháp xử lý laserđược phát triển bởi các chuyên gia Israel vào đầu những năm 2000. Họ gọi anh ấy là KM (viết tắt của từ "Kiduah Meuhad"), có nghĩa là "khoan đặc biệt" trong tiếng Do Thái. Phương pháp này, đã trở nên phổ biến ở Antwerp, được sử dụng để làm sáng các tạp chất sẫm màu bằng các vết nứt nhỏ bằng cách sử dụng axit trong các điều kiện đặc biệt. Một chùm tia laze được hướng đến khuyết tật gần bề mặt nhất, do đó khuyết tật truyền ra bề mặt.

Sau khi chiếu tia laser, viên kim cương được hạ xuống thành axit đậm đặc và được nung nóng đến nhiệt độ cao dưới áp suất. Nhờ các điều kiện đã tạo, axit thâm nhập trước khi bật và hòa tan nó.

Kim cương sau khi xử lý bằng KM có thể được xác định bằng sự hiện diện của màu hơi xanh nâu trong ánh sáng phản chiếu ở những nơi vết nứt nhân tạođặc biệt là khi lăn đá. Điều tương tự không thể nói về kim cương, loại kim cương được xử lý bằng công nghệ khoan laser truyền thống với việc hình thành các lỗ đáng chú ý trên bề mặt. Hơn nữa, trong kim cương được xử lý bằng phương pháp CM, đôi khi người ta có thể nhận thấy tàn tích nhỏ của chất hơi đen dưới dạng các đường không đều trên bề mặt của các vết nứt ứng suất được hình thành trong quá trình chiếu tia laser.

Chế biến vật liệu công nghiệpđã trở thành một trong những loại laser được sử dụng rộng rãi nhất. Trước khi laser ra đời, các nguồn nhiệt chính để xử lý công nghệ là một đầu đốt khí, phóng điện hồ quang, hồ quang plasma và chùm điện tử. Với sự ra đời của tia laser phát ra năng lượng cao, hóa ra có thể tạo ra mật độ thông lượng ánh sáng cao trên bề mặt được xử lý. Vai trò của laser như là nguồn sáng hoạt động ở chế độ liên tục, xung liên tục hoặc xung khổng lồ là cung cấp cho bề mặt của vật liệu được xử lý một mật độ năng lượng đủ để làm nóng, nóng chảy hoặc bay hơi, là cơ sở của công nghệ laser.
Hiện nay, tia laser thực hiện thành công một số hoạt động công nghệ, chủ yếu như cắt, hàn, khoan lỗ, xử lý nhiệt bề mặt, vẽ nguệch ngoạc, đánh dấu, khắc, v.v., và trong một số trường hợp mang lại lợi thế hơn so với các loại gia công khác. Do đó, việc khoan các lỗ trên vật liệu có thể được hoàn thành nhanh hơn và việc ghi chép các vật liệu khác nhau cũng hoàn hảo hơn. Ngoài ra, một số loại thao tác trước đây không thể thực hiện được do khó tiếp cận đang được thực hiện rất thành công. Ví dụ, hàn vật liệu và khoan lỗ có thể được thực hiện qua kính trong môi trường chân không hoặc môi trường có nhiều khí khác nhau.
Từ "laser" được tạo thành từ các chữ cái đầu tiên trong cụm từ tiếng Anh Light Amplification by Stimulated Emi ion of Radiation, dịch sang tiếng Nga có nghĩa là: khuếch đại ánh sáng thông qua phát xạ kích thích. Về mặt cổ điển, điều này đã xảy ra khi mô tả các công nghệ xử lý vật liệu bằng laze, người ta chỉ chú ý đến bản thân các tia laze, nguyên lý hoạt động và các thông số kỹ thuật của chúng. Tuy nhiên, để thực hiện bất kỳ quá trình xử lý chiều vật liệu bằng laser nào, ngoài tia laser, hệ thống hội tụ chùm tia, thiết bị điều khiển chuyển động của chùm tia dọc theo bề mặt của phôi hoặc thiết bị di chuyển sản phẩm liên quan đến chùm tia, hệ thống thổi khí, hệ thống định vị và dẫn đường quang học, phần mềm điều khiển quá trình cắt, khắc laser, v.v. Trong hầu hết các trường hợp, việc lựa chọn các tham số cho các thiết bị và hệ thống phục vụ trực tiếp cho tia laser không kém phần quan trọng hơn so với các thông số của chính tia laser đó. Ví dụ: để đánh dấu vòng bi có đường kính dưới 10 mm hoặc để hàn laser điểm chính xác, thời gian dành cho việc định vị sản phẩm và lấy nét vượt quá thời gian khắc hoặc hàn một hoặc hai bậc độ lớn (thời gian áp dụng đánh dấu trên ổ trục là khoảng 0,5 s). Do đó, nếu không sử dụng hệ thống định vị và lấy nét tự động, việc sử dụng hệ thống laser trong nhiều trường hợp trở nên không hiệu quả về mặt kinh tế. Sự tương tự của hệ thống laser với ô tô cho thấy rằng laser hoạt động như một động cơ. Cho dù động cơ tốt đến đâu, nhưng không có bánh xe và mọi thứ khác, chiếc xe sẽ không thể đi được.
Một yếu tố quan trọng khác trong việc lựa chọn hệ thống công nghệ laser là tính dễ bảo trì của chúng. Như thực tế đã chỉ ra, các nhà khai thác có trình độ thấp để bảo dưỡng các thiết bị đó. Một trong những lý do cho điều này là trong hầu hết các trường hợp, hệ thống laser được lắp đặt để thay thế các quy trình công nghệ lạc hậu (tác động và đánh dấu hóa học sản phẩm, khắc cơ khí, hàn thủ công, khắc thủ công, v.v.). Theo quy định, người đứng đầu các doanh nghiệp hiện đại hóa sản xuất của họ, vì lý do đạo đức, thay thế thiết bị cũ bằng thiết bị mới, để lại nhân viên phục vụ cũ (theo nghĩa đen và nghĩa bóng). Do đó, để đưa các hệ thống công nghệ laser vào sản xuất trong những điều kiện phát triển ban đầu nhất định của nó (ở các nước cộng hòa hậu Xô Viết), cần phải cung cấp mức độ tự động hóa cao nhất có thể và dễ học. Chúng ta không nên loại bỏ thực tế rằng mức lương của nhân sự không có kinh nghiệm thấp hơn của một chuyên gia được đào tạo. Do đó, sẽ tiết kiệm chi phí hơn nếu mua thiết bị phức tạp với khả năng dễ bảo trì hơn là mời nhân viên có trình độ cao.
Do đó, nhiệm vụ của việc sử dụng công nghệ laze trong sản xuất hiện đại không chỉ được xem xét trên quan điểm các thông số kỹ thuật của bản thân laze mà còn phải tính đến các đặc tính của thiết bị và phần mềm cho phép sử dụng các đặc tính cụ thể của laser để giải quyết một vấn đề công nghệ cụ thể.
Bất kỳ hệ thống laser nào được thiết kế để xử lý các chiều của vật liệu,
được đặc trưng bởi các thông số sau:
- tốc độ xử lý (cắt, khắc, v.v.);
- nghị quyết;
- độ chính xác của quá trình xử lý;
- kích thước của trường làm việc;
- phạm vi vật liệu chế biến (kim loại đen, kim loại màu, gỗ, nhựa, v.v.);
- phạm vi kích thước và trọng lượng của sản phẩm dự kiến ​​để chế biến;
- cấu hình sản phẩm (ví dụ, khắc trên bề mặt phẳng, hình trụ, nhấp nhô);
- thời gian cần thiết để thay đổi các nguyên công đã thực hiện (thay đổi mẫu khắc, cấu hình - đường cắt, thay đổi vật liệu gia công, v.v.);
- thời điểm lắp đặt và định vị sản phẩm;
- các thông số về điều kiện môi trường (phạm vi nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng bụi) trong - - trong đó hệ thống có thể được vận hành;
- yêu cầu về trình độ của nhân viên phục vụ.
Dựa trên các thông số này, loại tia laser, thiết bị quét tia được lựa chọn, thiết kế dây buộc của sản phẩm được phát triển, mức độ tự động hóa của toàn bộ hệ thống, vấn đề cần viết các chương trình chuyên biệt để chuẩn bị các tệp bản vẽ, các đường cắt, vv đang được quyết định.
Các đặc tính kỹ thuật chính xác định bản chất của quá trình xử lý là các thông số năng lượng của laser - năng lượng, công suất, mật độ năng lượng, thời gian xung, cấu trúc không gian và thời gian của bức xạ, phân bố không gian của mật độ công suất bức xạ tại điểm lấy nét, điều kiện lấy nét, vật lý các đặc tính của vật liệu (hệ số phản xạ, đặc tính nhiệt lý, nhiệt độ nóng chảy, v.v.). Chúng ta hãy xem xét các loại laser chính và các đặc điểm của bức xạ của chúng. Chất rắn, chất lỏng và chất khí được sử dụng làm phương tiện hoạt động của laser. Trong laser trạng thái rắn, môi trường hoạt động là tinh thể hoặc chất vô định hình với tạp chất của một số nguyên tố. Một số lượng lớn được biết đến chất rắn thích hợp để sử dụng trong laze, tuy nhiên, chỉ có một số được sử dụng rộng rãi trong thực tế chế biến vật liệu: Al2O3 với phụ gia là oxit crom (ruby); thủy tinh, granat nhôm yttri Y3Al5O12 và canxi vonfram CaWO4 hoạt hóa bằng neodymi. So với các vật liệu khác, các phương tiện hoạt động này có thể tạo ra tia laser với năng lượng đầu ra cao và hiệu suất cao. Theo nguyên lý hoạt động, laser lỏng gần với laser thể rắn, trong đó môi trường hoạt động Chất điện môi lỏng có tạp chất hòa tan được sử dụng.
Năng lượng của xung bức xạ của laser trạng thái rắn và lỏng (ở chế độ chạy tự do) thay đổi từ phần mười Joule đến 103 J và hơn thế nữa, và ở chế độ chuyển mạch Q lên đến vài chục và hàng trăm Joule. Công suất bức xạ của laser xung, tùy thuộc vào chế độ hoạt động, có thể thay đổi từ hàng trăm kilowatt (tạo ra tự do) đến Gigawatts (chuyển mạch Q). Trong chế độ hoạt động liên tục (tạo ngẫu nhiên), sự khác biệt giữa tích phân trung bình trên mỗi công suất xung và công suất của một xung đột biến riêng lẻ có thể đạt tới hai bậc độ lớn. Sự khác biệt này nhỏ hơn một chút đối với xung có cấu trúc có thứ tự (xung thường xuyên). Công suất tích hợp trung bình khác không đáng kể so với công suất tại bất kỳ thời điểm nào đối với xung bức xạ gần như đứng yên. Do đó, chế độ tạo gần như tĩnh rất được quan tâm thực tế đối với các quá trình hàn và gia công vật liệu như một chế độ có thể được sử dụng để thực hiện gia nhiệt "mềm". Sử dụng chế độ này giúp giảm việc loại bỏ vật liệu khỏi vùng va đập.
Giá trị giới hạn của hiệu quả laser được xác định chủ yếu bởi tổn thất bên trong tinh thể của môi trường hoạt động và việc sử dụng hiệu quả năng lượng của máy bơm. Do đó, đối với laser ruby, giá trị của hiệu suất thực không vượt quá 1%, và đối với laser trên thủy tinh với neodymium - 2%.
Nhiều loại khác là laser khí, môi trường hoạt động là chất khí, hỗn hợp nhiều khí hoặc hỗn hợp khí với hơi kim loại. Laser khí cũng bao gồm laser hóa học., vì phương tiện hoạt động ở thể khí được sử dụng cho chúng. Trong laser hóa học, sự kích thích của môi trường hoạt động được cung cấp bởi các phản ứng hóa học nhanh. Các nguyên tử, ion và phân tử khí trung hòa được sử dụng như các hạt hoạt động trong laser khí. Các tia laser nguyên tử trung tính có thể tạo ra bức xạ có bước sóng chủ yếu nằm trong vùng hồng ngoại của quang phổ và một số trong vùng màu đỏ của quang phổ khả kiến.
Các tia laser khí ion tạo ra bức xạ chủ yếu là tia cực tím và nhìn thấy được. Các tia laser khí phân tử tạo ra bức xạ có bước sóng 10-100 micromet (dải hồng ngoại và dưới milimét). Công suất của laser nguyên tử trung tính, ví dụ, laser heli-neon ở chế độ liên tục, không vượt quá 50 mW, laser ion (argon) đạt 500 W, và laser phân tử là mạnh nhất. Ví dụ, laser carbon dioxide cung cấp công suất đầu ra liên tục khoảng vài chục kilowatt. hiệu quả laser trên các nguyên tử và ion trung tính thực tế không vượt quá 0,1%, laser phân tử có hiệu suất cao hơn nhiều, đạt 20%.
Hứa hẹn nhất để sử dụng trong nhiều quy trình công nghệ là laser sợi quang. Hiện tại, thị trường bao gồm các loại laser sợi quang đơn mode với công suất đầu ra trung bình lên đến 2 kW, laser sợi quang chế độ thấp lên đến 10 kW và hệ thống đa chế độ với công suất đầu ra lên đến 50 kW. Mức công suất cao nhất đã đạt được trong laser sợi quang hoạt hóa Yb, tạo ra bức xạ ở bước sóng 1,07 μm, được hấp thụ trong kim loại tốt hơn bức xạ ở bước sóng 10,6 μm. Ngoài ra, bước sóng ngắn hơn 10 lần làm cho nó có thể thu được sự phân kỳ nhỏ hơn của bức xạ, có nghĩa là tốt hơn nên tập trung nó. Điều này giải thích thực tế là ngay cả những tia laser đơn mode 100 watt công suất tương đối thấp cũng có thể cắt thép có độ dày 1,5 mm với tốc độ lên đến 4 m / phút. Các đặc tính kỹ thuật của laser sợi quang cho phép thực hiện chế độ hàn từ xa, điều này giúp đơn giản hóa rất nhiều việc tích hợp thiết bị laser vào dây chuyền sản xuất rô bốt hiện đại và tăng đáng kể tốc độ hàn.
Nhưng vấn đề không chỉ nằm ở sức mạnh và sự phân kỳ của các chùm tia. Một thông số khác làm nổi bật laser sợi quang, là hiệu quả năng lượng cao. Việc bơm sợi hoạt hóa được thực hiện bằng điốt laze, hiệu quả là vượt quá 60%, do đó hiệu suất đầy đủ (hoặc "đầu ra"). laser sợi quang là 28-30% (cao hơn nhiều lần so với laser CO2 công nghiệp tốt nhất, cũng như laser thể rắn có bơm bán dẫn và đèn). Do đó, chi phí vận hành của chúng để tiêu thụ điện năng và làm mát thấp hơn 5-8 lần so với laser CO2 và ít hơn khoảng 20-50 lần so với laser trạng thái rắn bơm đèn. Sự thật cuối cùng, cũng như việc không có các nút điều chỉnh trong laser sợi quang, việc triển khai chúng ở dạng thiết bị sợi quang tích hợp, đảm bảo độ tin cậy cao của toàn bộ hệ thống. Về mặt cấu trúc và hoạt động, laser sợi quang gần với thiết bị điện tử thuần túy hơn là laser công nghiệp của các loại khác. Về điều này, cần phải nói thêm rằng chúng thực tế không yêu cầu bảo trì định kỳ.
Khả năng tích hợp tốt của laser sợi quang vào thiết bị công nghệ hiện đại cũng được tạo điều kiện thuận lợi bởi thực tế là bức xạ đầu ra của chúng được vận chuyển hoàn hảo mà không bị mất công suất và các đặc tính không gian dọc theo các sợi thạch anh mỏng được bảo vệ khỏi ảnh hưởng cơ học bằng các ống kim loại mềm có đường kính 8–15 mm . Chiều dài của cáp quang như vậy đạt 200 m và có thể được kéo dài nếu cần thiết.
Dưới đây là các nhiệm vụ chuyên biệt được giải quyết bằng laser hệ thống công nghệ. Sự nhấn mạnh được chuyển sang các đặc tính của laser được thiết kế để giải quyết những vấn đề này.
Cắt laser kim loại
Việc sử dụng laser để cắt kim loại, cũng như phi kim loại, là do những ưu điểm sau so với các phương pháp truyền thống: một loạt các vật liệu cắt; khả năng có được những vết cắt mỏng do sự hội tụ sắc nét của chùm tia laze; một vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ của bức xạ; tác động cơ học tối thiểu lên vật liệu; khả năng tắt mở thiết bị nhanh chóng với độ chính xác cao; độ tinh khiết hóa học của quá trình cắt; khả năng tự động hóa quy trình và đạt được hiệu suất cao của phương pháp; khả năng cắt các cấu hình phức tạp theo hai hoặc thậm chí ba chiều.
Cắt laser, giống như các loại xử lý laser khác, dựa trên hiệu ứng nhiệt của bức xạ và xảy ra với một nguồn nhiệt chuyển động có thể di chuyển theo hai hướng vuông góc với nhau với sự trợ giúp của một hệ thống quang học đặc biệt cho phép bạn tạo ra một điểm với mật độ cao và đưa nó đến điểm yêu cầu của mẫu đã xử lý.
Theo quy luật, việc cắt các tấm kim loại tương đối dày được thực hiện với khí hoạt tính (oxy) thổi vào vùng cắt. Bản chất của quá trình này, được gọi là cắt bằng laser khí (GLR), là bức xạ laser được tập trung bởi một hệ thống quang học trên bề mặt của vật liệu đang được xử lý và oxy được cung cấp đồng trục với chùm tia bằng một thiết bị đặc biệt. Trong quá trình cắt kim loại bằng laser, oxy thực hiện các chức năng sau:
hỗ trợ quá trình đốt cháy kim loại;
loại bỏ các sản phẩm phá hủy và làm sạch vùng cắt bằng cách thổi ra các sản phẩm dạng khí và một phần nhỏ giọt;
làm nguội mạnh các phần vật liệu tiếp giáp với vùng cắt.
Sự hiện diện của tia oxy khi cắt kim loại có thể làm tăng đáng kể độ sâu, tốc độ cắt và có được các cạnh chất lượng cao. Một phần nhỏ của bức xạ tới bị lớp bề mặt của kim loại hấp thụ và dẫn đến sự nóng lên của nó. Màng oxit tạo thành làm tăng tỷ trọng năng lượng bị hấp thụ và nhiệt độ của các kim loại tăng đến điểm nóng chảy. Kim loại lỏng và oxit được thổi ra khỏi vùng cắt bởi tia oxy, do đó tạo điều kiện cho quá trình oxy hóa các lớp bên dưới. Điều này tiếp tục cho đến khi tấm kim loại được cắt đến hết độ sâu của nó. Năng lượng đầu vào thấp và tập trung năng lượng cao giúp có thể thu được các cạnh song song với chiều rộng vết cắt nhỏ (0,1–0,5 mm) và vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ.
Tốc độ cắt của các tấm dày tăng lên khi tăng công suất laser và phụ thuộc vào độ dày của tấm và độ dẫn nhiệt của kim loại. Với công suất laser khoảng 400-600 W, có thể cắt kim loại đen và titan với tốc độ khoảng vài mét / phút, trong khi việc cắt kim loại có độ dẫn nhiệt cao (đồng, nhôm) gặp một số khó khăn nhất định. Có đủ lượng thông tin trong tài liệu về ảnh hưởng đáng kể của năng lượng phản ứng hóa học lên tốc độ cắt và độ sạch của mép, tuy nhiên, sự phức tạp của quy trình không cho phép bất kỳ đánh giá định lượng nào, đặc biệt là vì thành phần của chất cuối cùng sản phẩm oxy hóa, phần nhỏ giọt của kim loại do tia khí thổi ra và nhiệt tiềm ẩn của quá trình chuyển pha (nóng chảy, bay hơi). Bảng 1 cho thấy tốc độ cắt trung bình của các kim loại khác nhau.
Bảng 1.

Thông thường, để cắt bằng laser khí, laser CO2 và laser trạng thái rắn công suất cao được sử dụng. Các laser CO2 hiện đại với dòng khí chậm dọc theo ống phóng khí có chiều dài tương đối dài, vì công suất riêng của chúng không vượt quá 50–100 W / m. Laser CO2 được sử dụng rộng rãi, được chế tạo dưới dạng thiết kế "gấp khúc" gồm hai, bốn hoặc sáu ống với chiều dài tổng thể khoảng 3-6 m và hiệu suất. khoảng 10%. Tương đối gần đây, laser CO2 đã được phát triển với khả năng bơm ngang nhanh một khí lưu thông trong một thể tích kín. Với kích thước tương đối nhỏ, chúng có thể đạt được mức công suất từ ​​6-10 kW ở chế độ phát điện liên tục.
Cắt bằng tia laser khí thường được so sánh với phương pháp cắt bằng microlasma, cho phép bạn cắt các tấm kim loại dày hơn và ở tốc độ cao hơn. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng GLR cung cấp khả năng nội địa hóa tốt hơn và mật độ năng lượng được cung cấp cao hơn, do đó vùng ảnh hưởng nhiệt giảm xuống.
Do độ nhớt cao, việc cắt titan bằng cơ học rất khó, trong khi cắt bằng plasma tạo ra một vùng ảnh hưởng nhiệt lớn và độ bão hòa khí của các cạnh. Việc sử dụng GLR dẫn đến giảm 75% chi phí xử lý. Với GLR tâm điểm trong việc xác định tốc độ cắt là tốc độ được chọn chính xác của dòng khí phun ra từ vòi phun, được xác định bởi áp suất khí trong máy cắt.
Hiệu quả của quá trình tráng nhôm phụ thuộc nhiều vào trạng thái của bề mặt. Cắt tấm có bề mặt thô mịn khó hơn nhiều, trong khi phun cát bề mặt cho phép tráng men nhưng chất lượng vết cắt không cao (đó là một chuỗi lỗ đều đặn). Quá trình oxy hóa, thụ động hóa, anod hóa và thấm nitơ bề mặt của tấm nhẵn không cung cấp đủ điều kiện cho GLR. Có khó khăn khi cắt và các vật liệu như đồng, đồng thau. Thực tế là những kim loại này có hệ số phản xạ bức xạ laze cao, cả ở trạng thái lạnh và nóng, và độ dẫn nhiệt cao. Các màng oxit hình thành trên chúng mỏng và hấp thụ bức xạ laser không hiệu quả.
Khoan laser các lỗ trên kim loại
Có những lợi thế khi sử dụng tia laser làm công cụ khoan.
Không có tiếp xúc cơ học giữa dụng cụ khoan và vật liệu, cũng như gãy và mài mòn mũi khoan.
Độ chính xác của vị trí lỗ được tăng lên, vì quang học được sử dụng để tập trung chùm tia laze cũng được sử dụng để hướng nó đến điểm mong muốn. Các lỗ có thể được định hướng theo bất kỳ hướng nào.
Tỷ lệ chiều sâu và đường kính khoan đạt được lớn hơn so với các phương pháp khoan khác.
Khi khoan, cũng như khi cắt, các đặc tính của vật liệu được xử lý ảnh hưởng đáng kể đến các thông số laser cần thiết để thực hiện hoạt động. Việc khoan được thực hiện bằng laser xung hoạt động ở cả chế độ chạy tự do với thời gian xung theo bậc 1 μs và ở chế độ chuyển mạch Q với thời gian vài chục nano giây. Trong cả hai trường hợp, có một hiệu ứng nhiệt lên vật liệu, sự nóng chảy và bay hơi của nó. Lỗ hổng phát triển theo chiều sâu chủ yếu là do bay hơi và có đường kính do sự nóng chảy của các bức tường và sự chảy ra của chất lỏng dưới áp suất hơi dư thừa được tạo ra.
Thông thường, các lỗ sâu có đường kính mong muốn thu được bằng cách sử dụng các xung laser năng lượng thấp lặp đi lặp lại. Trong trường hợp này, các lỗ có độ côn nhỏ hơn và chất lượng tốt hơn được hình thành so với các lỗ thu được với năng lượng cao hơn của một xung đơn. Ngoại lệ là các vật liệu có chứa các nguyên tố có khả năng tạo ra áp suất hơi cao. Do đó, rất khó hàn đồng thau với bức xạ xung laze do hàm lượng kẽm cao, tuy nhiên, khi khoan, đồng thau có một số ưu điểm, do nguyên tử kẽm cải thiện đáng kể cơ chế bay hơi.
Vì chế độ đa xung giúp ta có thể thu được các lỗ có chất lượng tốt nhất với hình dạng mong muốn và có độ lệch nhỏ so với kích thước quy định, nên trên thực tế, chế độ này đã trở nên phổ biến khi khoan lỗ trên kim loại mỏng và vật liệu phi kim loại. Tuy nhiên, khi khoan lỗ trên vật liệu dày, xung đơn năng lượng cao được ưu tiên hơn. Màng chắn của dòng laser giúp tạo ra các lỗ có hình dạng, nhưng phương pháp này thường được sử dụng hơn trong quá trình gia công màng mỏng và vật liệu phi kim loại. Khi khoan laser được thực hiện trên các tấm mỏng có độ dày dưới 0,5 mm, có một số sự thống nhất của quy trình, bao gồm thực tế là các lỗ có đường kính 0,001 đến 0,2 mm có thể được tạo ra trên tất cả các kim loại ở công suất tương đối thấp.
Khoan lỗ trên kim loại có thể được sử dụng trong một số trường hợp. Vì vậy, với sự trợ giúp của laser xung, việc cân bằng động của các bộ phận quay với tốc độ cao có thể được thực hiện. Sự mất cân bằng được lựa chọn bởi sự nóng chảy cục bộ của một khối lượng vật liệu nhất định. Tia laser cũng có thể được sử dụng để lắp các linh kiện điện tử, bằng cách làm bay hơi cục bộ vật liệu hoặc bằng cách đốt nóng chung. Mật độ năng lượng cao, kích thước điểm nhỏ và thời gian xung ngắn làm cho tia laser trở thành công cụ lý tưởng cho ứng dụng này.
Laser được sử dụng để khoan lỗ trên kim loại phải cung cấp mật độ công suất chùm tia tập trung theo thứ tự 107 - 108 W / cm2. Việc khoan lỗ bằng mũi khoan kim loại có đường kính nhỏ hơn 0,25 mm là một công việc khó khăn trong thực tế, trong khi khoan bằng tia laze giúp ta có thể thu được các lỗ có đường kính tương xứng với bước sóng bức xạ với độ chính xác vị trí đủ cao. Các chuyên gia của Công ty General Electric (Mỹ) tính toán rằng, việc khoan lỗ bằng laser so với xử lý bằng chùm tia điện tử có tính cạnh tranh kinh tế cao. Hiện nay, laser thể rắn chủ yếu được sử dụng để khoan lỗ. Chúng cung cấp tốc độ lặp lại xung lên đến 1000 Hz và công suất ở chế độ liên tục từ 1 đến 103 W, ở chế độ xung lên đến hàng trăm kilowatt và ở chế độ chuyển mạch Q lên đến vài megawatt. Một số kết quả xử lý bằng các tia laser như vậy được đưa ra trong Bảng. 3.
bàn số 3

Kim loại	Độ dày, mm	Đường kính lỗ, mm		Khoảng thời gian khoan	năng lượng laser, J
		đầu vào	ngày cuối tuần
Thép không gỉ	0,65 0,9 1,78	0,25 0,5 0,3	0,15 0,25 0,22	10 xung 2,35 0,8	0,15 0,25 16,0
Thép niken	0,5	0,2	0,15	2,0	3,3
Vonfram	0,5 1,6	0,2 0,35	0,2 0,2	2,1 1,8	4,0 2,1
Magiê	1,6 0,5	0,4 0,25	0,3 0,2	2,0 2,0	3,3 3,3
Molypden	0,5 0,8	0,25 0,2	0,25 0,2	2,35 2,25	5,9 4,9
Đồng	1,6	0,3	0,15	2,35	5,9
Tantali	1,6	0,3	0,1	2,42	8,0

Hàn laser kim loại
Hàn laser trong quá trình phát triển của nó có hai giai đoạn. Ban đầu, hàn điểm được phát triển. Điều này được giải thích là do sự hiện diện của các tia laser trạng thái rắn xung mạnh vào thời điểm đó. Hiện tại, với sự hiện diện của CO2 dạng khí công suất cao và laser Nd: YAG trạng thái rắn cung cấp bức xạ cw và xung liên tục, có thể hàn đường hàn với độ sâu xuyên lên đến vài mm. Hàn laser có một số ưu điểm hơn so với các loại hàn khác. Khi có mật độ thông lượng ánh sáng cao và hệ thống quang học, có thể thâm nhập cục bộ tại một điểm nhất định với độ chính xác cao. Hoàn cảnh này giúp bạn có thể hàn vật liệu ở những khu vực khó tiếp cận, trong chân không hoặc buồng chứa đầy khí với các cửa sổ trong suốt đối với bức xạ laser. Ví dụ, hàn các phần tử vi điện tử trong buồng có khí trơ là mối quan tâm thực tế đặc biệt, vì trong trường hợp này không có phản ứng oxy hóa.
Hàn các bộ phận xảy ra ở mật độ công suất thấp hơn nhiều so với cắt. Điều này được giải thích bởi thực tế là trong quá trình hàn, chỉ cần gia nhiệt và làm nóng chảy vật liệu, tức là mật độ công suất được yêu cầu vẫn không đủ cho quá trình bay hơi cường độ cao (105–106 W / cm2), với thời gian xung khoảng 10– 3–10–4 giây. Vì bức xạ laser tập trung vào vật liệu được xử lý là nguồn nhiệt bề mặt, nên việc truyền nhiệt đến độ sâu của các bộ phận được hàn được thực hiện do dẫn nhiệt và vùng thâm nhập thay đổi theo thời gian với chế độ hàn được lựa chọn phù hợp. Trong trường hợp mật độ công suất không đủ, sẽ xảy ra hiện tượng không thâm nhập vào vùng hàn và khi có mật độ công suất cao, kim loại bay hơi và hình thành các lỗ được quan sát thấy.
Quá trình hàn có thể được thực hiện trên máy cắt laser khí ở công suất thấp hơn và sử dụng một luồng khí trơ yếu vào vùng hàn. Với công suất laser CO2 khoảng 200 W, có thể hàn thép dày đến 0,8 mm với tốc độ 0,12 m / phút; chất lượng của đường may không kém hơn so với xử lý bằng chùm tia điện tử. Hàn chùm điện tử có tốc độ hàn cao hơn một chút, nhưng nó được thực hiện trong buồng chân không, điều này tạo ra sự bất tiện lớn và đòi hỏi tổng chi phí thời gian đáng kể.
Trong bảng. 4 hiển thị dữ liệu về hàn đối đầu bằng laser CO2 với công suất 250 W của các vật liệu khác nhau.
Bảng 4 5. Trong hàn chồng chéo, hàn đối đầu và hàn góc, tốc độ đạt được gần với tốc độ được chỉ ra trong bảng, với sự thâm nhập hoàn toàn của vật liệu hàn trong vùng tác động của chùm tia.
Bảng 5. Hệ thống hàn laser có khả năng hàn các kim loại khác nhau, tạo ra hiệu ứng nhiệt tối thiểu do kích thước điểm laser nhỏ, và cũng có thể hàn các dây mỏng có đường kính nhỏ hơn 20 micron theo kiểu dây hoặc tấm thép .
Cắt vật liệu phi kim loại
Chùm tia laze đã được sử dụng rất thành công trong việc cắt các vật liệu phi kim loại như nhựa, sợi thủy tinh, vật liệu tổng hợp boron-carbon, gốm sứ, cao su, gỗ, amiăng, hàng dệt, v.v. Loại vật liệu này nói chung có độ khuếch tán nhiệt ít hơn kim loại, và do đó năng lượng đầu vào cụ thể cho quá trình cắt ít hơn nhiều. Do đó, mật độ thông lượng ngưỡng cần thiết để bắt đầu cắt phi kim loại phụ thuộc yếu vào độ dày của tấm.
Để cắt các vật liệu phi kim loại, cũng như kim loại, laser YAG và CO2 bức xạ liên tục chủ yếu được sử dụng. Để tăng hiệu quả cắt, một khí hoạt tính hoặc trung tính được thổi vào vùng cắt, thổi ra các phân đoạn giọt bay hơi và làm mát vùng cục bộ được xử lý, cho phép cắt các vật liệu có ít than và nóng chảy.
Trong quá trình mạ băng các chất điện môi, việc thổi ra khỏi vùng cắt của các phân đoạn nhỏ và phân tán mịn, được hình thành dưới tác dụng nhiệt của bức xạ laze, đóng một vai trò quyết định trong việc phá hủy chúng. Ngoại lệ là các vật liệu dựa trên nhựa phenol-formaldehyde: textolite, sợi thủy tinh, v.v. Loại này vật liệu dưới tác dụng của bức xạ laze sẽ biến thành một khối sền sệt, rất khó loại bỏ khỏi vết cắt bằng tia khí: cần tiêu thụ năng lượng cao cho quá trình bay hơi của các sản phẩm phá hủy.
Cắt bằng laser khí cho phép bạn cắt sạch các chất điện môi với chất lượng cắt tốt. Trong trường hợp này, ở phía bên của lối vào dầm, cạnh có chất lượng tốt nhất, và một số nóng chảy được quan sát thấy ở phía lối ra. Cắt vật liệu hữu cơ dày là khác nhau tính năng thú vị; chiều rộng cắt ở lối ra nhỏ hơn nhiều so với mong đợi dựa trên sự phân kỳ hình học của chùm được tạo thành bởi quang học hội tụ.
Trong điều kiện có đủ công suất bức xạ laser, có thể thực hiện quá trình GLR của thủy tinh và thạch anh. Đồng thời, chất lượng cắt cao, nhưng các cạnh hơi bị chảy ra từ phía lối ra và lối vào của dầm.
Triển vọng lớn mở ra khi sử dụng GLR để cắt hàng dệt. Các kết quả có sẵn của một nghiên cứu thử nghiệm về việc cắt cả hai lớp riêng lẻ và nhiều lớp sàn cho thấy rằng trong từng trường hợp cụ thể có các chế độ hoạt động của tia laser và tốc độ di chuyển của vật liệu được xử lý, trong đó vết cắt chất lượng cao thu được mà không bị cháy.
Trong bảng. Hình 6 cho thấy kết quả của việc cắt một số vật liệu điện môi bằng laser CO2.
Bảng 6 Khoan vật liệu phi kim loại
Khoan lỗ là một trong những lĩnh vực đầu tiên của công nghệ laser. Đầu tiên, bằng cách đốt các lỗ trên các vật liệu khác nhau, các nhà thí nghiệm sử dụng chúng để ước tính năng lượng bức xạ của các xung laze. Hiện nay, quá trình khoan laser đang trở thành một hướng đi độc lập của công nghệ laser. Vật liệu cần khoan bằng tia laze bao gồm các loại phi kim loại như kim cương, đá ruby, sắt tây, gốm sứ, ... trong đó việc khoan lỗ bằng phương pháp thông thường rất khó hoặc không hiệu quả. Sử dụng tia laze, bạn có thể khoan các lỗ có đường kính khác nhau. Hai phương pháp sau được sử dụng cho hoạt động này. Trong phương pháp đầu tiên, chùm tia laze di chuyển dọc theo một đường bao nhất định và hình dạng của lỗ được xác định bởi quỹ đạo chuyển động tương đối của nó. Tại đây, một quá trình cắt diễn ra, trong đó nguồn nhiệt di chuyển với một tốc độ nhất định theo một hướng nhất định: trong trường hợp này, như một quy luật, laser sóng liên tục được sử dụng, cũng như laser xung hoạt động với tốc độ lặp lại xung tăng lên. .
Trong phương pháp thứ hai, được gọi là phương pháp chiếu, lỗ được xử lý lặp lại hình dạng của chùm tia laze, có thể tạo ra bất kỳ mặt cắt nào bằng cách sử dụng hệ thống quang học. Phương pháp chiếu lỗ khoan có một số ưu điểm hơn so với phương pháp đầu tiên. Vì vậy, nếu một màng chắn (mặt nạ) được đặt trên đường đi của chùm tia, thì bằng cách này, có thể cắt bỏ phần ngoại vi của nó và có được sự phân bố cường độ tương đối đồng đều trên mặt cắt ngang của chùm tia. Do đó, ranh giới của vùng chiếu xạ sắc nét hơn, độ côn của lỗ giảm và chất lượng được cải thiện.
Có một số kỹ thuật cho phép bạn chọn thêm một phần của vật liệu nóng chảy từ lỗ đang được xử lý. Một trong số đó là việc tạo ra áp suất dư thừa bằng không khí nén hoặc các khí khác, được đưa vào khu vực khoan bằng cách sử dụng một vòi phun đồng trục với bức xạ laser. Phương pháp này được sử dụng để khoan các lỗ có đường kính 0,05-0,5 mm trên tấm sứ dày đến 2,5 mm bằng cách sử dụng tia laser CO2 hoạt động ở chế độ liên tục.
Việc khoan lỗ trên đồ gốm cứng không phải là một công việc dễ dàng: phương pháp thông thường yêu cầu dụng cụ kim cương, trong khi các phương pháp hiện có khác rất khó do kích thước của lỗ có đường kính bằng một phần mười milimét. Những khó khăn này đặc biệt dễ nhận thấy khi chiều dày của tấm cần gia công lớn hơn đường kính của lỗ. Tỷ lệ giữa chiều sâu lỗ (độ dày vật liệu) với đường kính của nó là thước đo chất lượng của việc thu được các lỗ mỏng; nó là 2: 1 với khoan thông thường và khoảng 4: 1 với phương pháp siêu âm được sử dụng khi khoan gốm sứ và các vật liệu chịu lửa khác.
Phương pháp khoan laser của loại vật liệu này cho phép đạt được tỷ lệ tốt nhất với độ chính xác vị trí lỗ rất cao và tương đối ít thời gian. Do đó, để khoan laser gốm sứ alumin đa tinh thể mật độ cao, người ta sử dụng tia laser ruby ​​với năng lượng xung 1,4 J, một thấu kính hội tụ có tiêu cự 25 mm trên bề mặt đĩa và cung cấp mật độ công suất khoảng 4. -106 W / cm2. Trung bình, 40 xung ở tốc độ lặp lại 1 Hz được yêu cầu để khoan qua một đĩa sứ dày 3,2 mm. Khoảng thời gian xung laser là 0,5 ms. Các lỗ tạo thành có một hình côn với đường kính khoảng 0,5 mm ở đầu vào và 0,1 mm ở đầu ra. Có thể thấy, tỷ lệ chiều sâu và đường kính lỗ trung bình là khoảng 11: 1, lớn hơn nhiều so với tỷ lệ tương tự đối với các phương pháp khoan lỗ khác. Đối với các vật liệu đơn giản, tỷ lệ này để khoan laser có thể là 50: 1.
Để loại bỏ các sản phẩm cháy và pha lỏng khỏi vùng khoan, sử dụng thổi khí bằng không khí hoặc các loại khí khác. Việc thổi sản phẩm hiệu quả hơn xảy ra với sự kết hợp giữa thổi từ mặt trước và hút chân không từ mặt sau của mẫu. Một sơ đồ tương tự đã được sử dụng để khoan lỗ trên đồ gốm sứ dày tới 5 mm. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ pha lỏng trong trường hợp này chỉ xảy ra sau khi hình thành lỗ thông.
Trong bảng. 7 hiển thị các thông số của lỗ trên một số vật liệu phi kim loại và chế độ gia công của chúng.
Bảng 7

Vật chất	Tùy chọn lỗ			Chế độ xử lý
	Đường kính, mm	Chiều sâu, mm	Tỷ lệ chiều sâu và đường kính	Năng lượng, J	Thời lượng xung x10-4, s	Mật độ từ thông, W / cm2	Số lượng xung mỗi