Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Результат поиска


Наименование:


отчет по практике Установки для лазерной обработки материалов

Информация:

Тип работы: отчет по практике. Добавлен: 03.05.2013. Год: 2012. Страниц: 34. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное государственное  автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального  образования
«СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Политехнический институт
 
Кафедра «Электротехнологии и электротехники»
 
УТВЕРЖДАЮ       
Заведующий  кафедрой
_____   В. Н. Тимофеев
« _____»   ____ 2012 г.
 
 
 
 
 
 
 
ОТЧЕТ О ПРАКТИКЕ
 
 
Установки лазерной обработки материалов
 
 
 
 
 
 
 
 
 Студент,                      гр. ФЭ11-07Б     __________           В. С. Светлакова
                                 
 
Преподаватель                                        __________              Т. А. Боякова
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 2012
РЕФЕРАТ
 
Отчет о практике по теме «Установки лазерной обработки материалов» содержит 31 страницу, 5 рисунков, 7 таблиц, 7 источников литературы.
УСТАНОВКИ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
Объект  практики – Изучение установок лазерной обработки материалов.
Цель  практики:
    Нахождение необходимых источников литературы;
    Ознакомление с найденными источниками информации;
По окончанию  учебной практики была найдена литература по установкам лазерной обработки материалов, в итоге был произведён отбор информации и получены необходимые теоретические знания по своей теме.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Содержание
 
Введение…………………………………………………………………………………...4
1. Лазер………………………………………………………………………….................5
1.1. Принцип действия  лазеров…………………………………………………..5
1.2. Особенности  лазерного излучения………………………………………….7
1.3. Классификация  лазеров……………………………………………………...7
2. Применение  лазеров……………………………………………………………………8
2.1. Лазеры в технологии. Технологические режимы лазерной обработки материалов………………………………………………………………………...9
2.2.Лазеры в  медицине…………………………………………………………..16
3. Установки  и комплексы для лазерной обработки  материалов…………………….18
3.1. Общая характеристика  лазера и систем на его основе……………….......18
3.2. Многофункциональные  установки………………………………………...20
4. Лазерные медицинские  установки…………………………………………...............24
4.1 Установки…………………………………………………………………….24
Заключение……………………………………………………………………………….29
Список использованной литературы…………………………………………...............31
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
введение
Лазерная обработка  материалов - резка, сверление, сварка, модификация поверхностного слоя, маркировка - не только обеспечила новый уровень качества и скорости в традиционных технологических операциях, но и создана предпосылки для принципиально новых конструкторских и технологических решений в машиностроении, электронике, авиакосмической технике и других областях.
Возможности повышения производительности труда, экономии материалов и энергоресурсов, обеспечения быстрой переналадки производств при выпуске широкой номенклатуры продукции малыми сериями или даже в единичных экземплярах, развития ремонтно-восстановительных мощностей в машиностроении, судостроении, авиастроении делают задачу массового внедрения лазерных технологий чрезвычайно актуальной.
Лазерные  технологии обработки материалов нашли  сегодня широчайшее применение в следующих направлениях:
    раскрой, резка и сверление;
    точечная и шовная сварка, пайка;
    размерная обработка;
    поверхностное упрочнение металла;.
    гравировка и маркировка:
    скрайбирование;
    изготовление трафаретов;
    формирование пленок;
    фотолитография;
    подгонка номиналов:
    отжиг и легирование полупроводников:
    быстрое изготовление объемных форм любой сложности;
    очистка поверхностей.
Опыт  грамотного внедрения лазерных технологий обработки промышленных материалов свидетельствует о том. что именно сегодня они могут дать существенный и быстрый технико-экономический эффект предприятиям за счет повышения качества и соответственно, конкурентоспособности выпускаемой продукции и обеспечения гибкости производства.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    Лазер
 
Лазеры – это источники  когерентного оптического излучения, принцип действия которых основан  на использовании явления индуцированного  излучения. Слово "лазер" составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает: усиление света посредством вынужденного испускания. Таким образом, в самом термине лазер отражена так фундаментальная роль процессов вынужденного испускания, которую они играют в генераторах и усилителях когерентного света.
 
      Принцип действия лазеров
 
Чтобы понять принцип  работы лазера, нужно более внимательно  изучить процессы поглощения и излучения атомами квантов света. Атом может находиться в различных энергетических состояниях с энергиями E1, E2 и т. д. В теории Бора эти состояния называются стабильными. На самом деле стабильным состоянием, в котором атом может находиться бесконечно долго в отсутствие внешних возмущений, является только состояние с наименьшей энергией. Это состояние называют основным. Все другие состояния нестабильны. Возбужденный атом может пребывать в этих состояниях лишь очень короткое время, порядка 10–8 с, после этого он самопроизвольно переходит в одно из низших состояний, испуская квант света, частоту которого можно определить из второго постулата Бора. Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называют спонтанным. На некоторых энергетических уровнях атом может пребывать значительно большее время, порядка 10–3 с. Такие уровни называются метастабильными. Переход атома в более высокое энергетическое состояние может происходить при резонансном поглощении фотона, энергия которого равна разности энергий атома в конечном и начальном состояниях. Переходы между энергетическими уровнями атома не обязательно связаны с поглощением или испусканием фотонов. Атом может приобрести или отдать часть своей энергии и перейти в другое квантовое состояние в результате взаимодействия с другими атомами или столкновений с электронами. Такие переходы называются безизлучательными. В 1916 году  А. Эйнштейн предсказал, что переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний может происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля, частота которого равна собственной частоте перехода. Возникающее при этом излучение называют вынужденным или индуцированным. Вынужденное излучение обладает удивительным свойством. Оно резко отличается от спонтанного излучения. В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном атом испускает еще один фотон той же самой частоты, распространяющийся в том же направлении. На языке волновой теории это означает, что атом излучает электромагнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление распространения точно такие же, как и у первоначальной волны. В результате вынужденного испускания фотонов амплитуда волны, распространяющейся в среде, возрастает. С точки зрения квантовой теории, в результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном, частота которого равна частоте перехода, появляются два совершенно одинаковых фотона-близнеца. Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров.
На рис. 1 схематически представлены возможные механизмы переходов между двумя энергетическими состояниями атома с поглощением или испусканием кванта.

Рисунок 1.Условное изображение процессов (a) поглощения, (b) спонтанного испускания и (c) индуцированного испускания кванта.

Рассмотрим  слой прозрачного вещества, атомы  которого могут находиться в состояниях с энергиями E1 и E2 > E1. Пусть в  этом слое распространяется излучение  резонансной частоты перехода ? = ?E / h. Согласно распределению Больцмана, при термодинамическом равновесии большее количество атомов вещества будет находиться в нижнем энергетическом состоянии. Некоторая часть атомов будет находиться и в верхнем энергетическом состоянии, получая необходимую энергию при столкновениях с другими атомами. Обозначим населенности нижнего и верхнего уровней соответственно через n1 и n2 < n1. При распространении резонансного излучения в такой среде будут происходить все три процесса, изображенные на рис. 1. Эйнштейн показал, что процесс (a) поглощения фотона невозбужденным атомом и процесс (c) индуцированного испускания кванта возбужденным атомом имеют одинаковые вероятности. Так как n2 < n1 поглощение фотонов будет происходить чаще, чем индуцированное испускание. В результате прошедшее через слой вещества излучение будет ослабляться. Это явление напоминает появление темных фраунгоферовских линий в спектре солнечного излучения. Излучение, возникающее в результате спонтанных переходов, некогерентно и распространяется во всевозможных направлениях и не дает вклада в проходящую волну. Чтобы проходящая через слой вещества волна усиливалась, нужно искусственно создать условия, при которых n2 > n1, т. е. создать инверсную населенность уровней. Такая среда является термодинамически неравновесной. Идея использования неравновесных сред для получения оптического усиления впервые была высказана В. А. Фабрикантом в 1940 году. В 1954 году русские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и независимо от них американский ученый Ч. Таунс использовали явление индуцированного испускания для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны ? = 1,27 см. За разработку нового принципа усиления и генерации радиоволн в 1964 году все трое были удостоены Нобелевской премии. Среда, в которой создана инверсная населенность уровней, называется активной. Она может служить резонансным усилителем светового сигнала. Для того, чтобы возникала генерация света, необходимо использовать обратную связь. Для этого активную среду нужно расположить между двумя высококачественными зеркалами, отражающими свет строго назад, чтобы он многократно прошел через активную среду, вызывая лавинообразный процесс индуцированной эмиссии когерентных фотонов. При этом в среде должна поддерживаться инверсная населенность уровней. Этот процесс в лазерной физике принято называть накачкой. Начало лавинообразному процессу в такой системе при определенных условиях может положить случайный спонтанный акт, при котором возникает излучение, направленное вдоль оси системы. Через некоторое время в такой системе возникает стационарный режим генерации. Это и есть лазер. Лазерное излучение выводится наружу через одно (или оба) из зеркал, обладающее частичной прозрачностью.

      Особенности лазерного излучения


Лазерные источники света обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с другими источниками света:
1. Лазеры способны  создавать пучки света с очень  малым углом расхождения (около  10-5 рад).
2. Свет лазера обладает  исключительной монохроматичностью. В отличие от обычных источников света, атомы которых излучают свет независимо друг от друга, в лазерах атомы излучают свет согласованно. Поэтому фаза волны не испытывает нерегулярных изменений.
3. Лазеры являются  самыми мощными источниками света.  В узком интервале спектра кратковременно (в течение промежутка времени продолжительностью порядка 10-13 с) у некоторых типов лазеров достигается мощность излучения 1017 Вт/см2.

      Классификация лазеров


Классификация лазеров  производиться с учетом как типа активной среды, так и способа ее возбуждения (способа накачки). По способу накачки следует, прежде всего, выделить два способа – оптическую накачку и накачку с использованием самостоятельного электрического разряда. Оптическая накачка имеет универсальный характер. Она применяется для возбуждения самых различных активных сред – диэлектрических кристаллов, стекол, полупроводников, жидкостей, газовых смесей. Оптическое возбуждение может использоваться так же как составной элемент некоторых других способов накачки. Накачка с использованием самостоятельного электрического разряда применяется в разряженных газообразных активных средах – при давлении 1….10 мм рт. ст. Соответствующие типы лазеров объединяют общим термином газоразрядные лазеры.
 
Классификация лазеров по активной среде и области применения:
    Газовые лазеры
    Гелий-неоновые лазеры (HeNe) (543 нм, 632,8 нм, 1,15 нм, 3,39 нм)
    Лазеры на углекислом газе (9,6 мкм и 10,6 мкм) используются в промышленности для резки и сварки материалов, имеют мощность до 100 кВт; Твердотельные лазеры: рубиновые (694 нм), александритовые (755 нм), массивы импульсных диодов (810 нм), Nd:YAG (1064 нм), Ho:YAG (2090 нм), Er:YAG (2940 нм). Используются в медицине.
    Алюмо-иттриевые твердотельные лазеры с неодимовым легированием (Nd:YAG) — инфракрасные лазеры большой мощности, используемые для точной резки, сварки и маркировки изделий из металлов и других материалов
    Кристаллические лазеры с иттербиевым легированием, такие как Yb:YAG, Yb:KGW, Yb:KYW, Yb:SYS, Yb:BOYS, Yb:CaF2, или на основе иттербиевого стекловолокна; обычно работают в диапазоне 1020—1050 нм; потенциально самые высокоэффективные благодаря малому квантовому дефекту; наибольшая мощность сверхкоротких импульсов достигнута на Yb:YAG-лазере. Волоконные лазеры с иттербиевым легированием обладают рекордной непрерывной мощностью среди твердотельных лазеров (десятки киловатт)
    Титан-сапфировые лазеры. Хорошо перестраиваемый по длине волны инфракарасный лазер, используемый для генерации сверхкоротких импульсов и в спектроскопии
    Полупроводниковые лазерные диоды. Самый распространенный тип лазеров: используются в лазерных указках, лазерных принтерах, телекоммуникациях и оптических носителях информации(CD/DVD). Мощные лазерные диоды используются для накачки современных твердотельных лазеров.
    Лазеры на свободных электронах
 
    Применение лазеров
 
Одновременно  с созданием первых лазеров начали развиваться различные направления  их применений. Создание лазеров ликвидировало  качественное отличие оптики от радиоэлектроники. Таким образом, все радиотехнические методы принципиально могут быть осуществлены и в оптическом диапазоне, причём малость длины волны лазерного излучения открывает ряд дополнительных перспектив. Лазеров большой мощности позволяют изучать разнообразные явления при взаимодействии света большой интенсивности со средой, ранее совершенно недоступные для эксперимента. В исследованиях молекулярного рассеяния света лазерные источники значительно расширили возможности экспериментальной техники, в частности позволили исследовать свойства жидкого и твёрдого гелия, провести первые исследования кинетики движения некоторых биологических объектов, например простейших бактерий.
 
 
2.1 Лазеры в технологии. Технологические режимы лазерной обработки материалов
 
Схемы использования  лазеров в технологических процессах  обычно достаточно просты. Лазерное излучение фокусируется в определенный участок обрабатываемой детали. Часть его с помощью специального зеркала, поставленного на пути луча, может отводиться на измерительную аппаратуру для контроля параметров излучения в процессе обработки. Зеркало полупрозрачно, поэтому большая часть излучения проходит к фокусирующей системе. Фокусирующая система сжимает лазерное излучение в пятно малых размеров, в ряде случаев единицы микрометров, а в большинстве — доли миллиметров. Малый размер пятна и значительная мощность излучения позволяют получить весьма высокую плотность потока. Рекордные величины этого энергетического параметра достигнуты при использовании лазерного излучения в опытах с попытками осуществить термоядерную реакцию синтеза: величина плотности потока (концентрации мощности) может достигать 1016 Вт/см2 и выше. Чтобы понять, насколько велика приведенная величина, отметим, что фокусировка солнечного излучения не позволяет получить плотность потока выше 5*103 Вт/см2. Но даже с помощью такого потока лучистой энергии можно плавить практически любые металлы.
Сфокусированное лазерное излучение, попадая на непрозрачные материалы (металлы и их сплавы), поглощается в узком поверхностном  слое; энергия луча преобразуется  в другие виды энергии, и в первую очередь в тепловую. Подчеркнем, что не вся падающая энергия луча преобразуется в тепло или идет на возбуждение механических колебаний и т. д. Часть излучения отражается от поверхности тела и, как правило, безвозвратно теряется, понижая коэффициент использования энергии излучения лазера и полный энергетический КПД процесса, который для большинства типов лазерных технологических установок невелик. Часть энергии излучения (до 10%) теряется при прохождении оптических диафрагмирующих и фокусирующих систем. Чем сложнее оптические системы для фокусировки из лучения, тем больше потери и ниже полный КПД. Высокая концентрация излучения в пятно малых размеров и, как следствие, высокая плотность потока существенно снижают потери энергии по сравнению с другими источниками, поскольку нет бесполезного нагрева больших объемов вещества. Здесь и кроется энергетический выигрыш. Кроме того, существуют способы снижения потерь энергии на отражение, скажем, использование поглощающих покрытий, не исчерпаны резервы повышения КПД. преобразования электроэнергии в излучение лазеров с различными длинами волн. Вообще говоря, чтобы правильно оценить роль лазеров в современных технологических процессах обработки материалов, нужно научиться оценивать энергетические потери излучения на пути от выходного окна лазерной установки до рассеяния этой энергии в твердом теле.
Большинство процессов  обработки материалов лучом лазера производится при плотностях потока 103— 107 Вт/см2. В этом диапазоне в зависимости от продолжительности воздействия излучения тело может нагреваться, плавиться или интенсивно испаряться. Что же произойдет с веществом, если дальше увеличивать плотность потока излучения, сохраняя остальные условия опыта неизменными? Начиная с некоторого значения плотности потока (для металлов 108—109 Вт/см2 ), вводимое в металл тепло не может быть отведено ни с помощью теплопроводности, ни увеличением объема испарившегося вещества. Поверхностный слой тела в этом случае уподобляется взрывчатому веществу с высокой удельной энергией (энергией, приходящейся на единицу массы вещества). Он буквально взрывается и разлетается с высокой скоростью, вызывая ударную волну в окружающей среде, и передавая импульс в объем тела. Ударная волна начинает распространяться по телу. Если тело представляет собой тонкую пластину, то энергия ударной волны несущественно рассеивается в веществе и до обратной стороны пластины доходит волна практически той же амплитуды, что и вблизи поверхности. Отражаясь от обратной стороны пластины, ударная волна может вызвать ее механическое разрушение, так как давление, действующее на обратную сторону пластины, практически удваивается.
 
Технологические режимы лазерной обработки материалов
 
Лазерная  закалка (термоупрочнение)
 
Локальная закалка  позволяет уменьшить деформацию изделий после воздействия, сократить или даже исключить финишную обработку поверхностей. Другое преимущество лазерной закалки — возможность обработки деталей сложной формы, а также упрочнения деталей в труднодоступных местах. Импульсную лазерную закалку используют для обработки кромок режущего и штампового инструмента. В результате существенно повышается износостойкость штампов — до 2—5 раз.
На величину упрочнения и другие параметры лазерной закалки инструментальной стали  влияет большое число факторов: состояние  поверхности изделий после механической или химической обработки, исходная структура, геометрия и углы заточки режущих кромок инструмента и др.
Остановимся на использовании лазеров с непрерывной  генерацией для закалки поверхностного слоя материалов. Здесь имеется ряд особенностей по сравнению с закалкой при использовании воздействия импульсных лазеров. Во-первых, глубина упрочненной зоны может быть увеличена благодаря более продолжительному воздействию. Возможность относительного перемещения луча лазера и детали позволяет думать о процессах, связанных со сканированием луча по поверхности по заданному закону. "Варьируя скорость движения и характер перемещения, можно добиться оптимизации режима обработки Для лазерной закалки непрерывным излучением обычно используют СО2-лазеры, а в ряде случаев — лазеры на алюмоиттриевом гранате (АИГ). Напомним, что длина волны излучения у этих лазеров различна: 10,6 мкм — у СО2-лазера, 1,06 мкм — у АИГ-лазеров. Применение СО2-лазеров для упрочнения чугунных деталей в машиностроении позволяет повысить их износостойкость в 5—10 раз. Лучом образуют упрочненные дорожки шириной 1,5—2,5 мм, при этом глубина зоны закалки 0,25—0,35 мм. Между дорожками располагается зона отпуска с пониженной микротвердостью шириной до 0,5 мм.
Поверхностное упрочнение чугунных деталей с оплавлением поверхности при действии непрерывного лазерного излучения следует признать перспективным технологическим процессом. Оно резко увеличивает долговечность изделий, причем качество поверхности обработанных деталей сравнительно мало ухудшается, нет коробления, даже если использовать излучение лазерных установок с большей мощностью (более 1 кВт), позволяющее получать диаметры пятен нагрева более 5 мм с достаточным по равномерности распределением мощности по радиусу.
К достоинствам лазерного термоупрочнения можно отнести следующие:
• высокую микротвердость поверхности и высокую износостойкость;
• возможность локальной обработки, как по глубине, так и на поверхности;
• обработку труднодоступных участков;
• возможность менять глубину закалки в широких пределах.
К недостаткам  можно отнести сложность подбора  режима обработки и возможные  деформации при обработке достаточно больших участков.
Применение  лазерной термической обработки  при использовании лазеров непрерывного действия мощностью выше 1000 Вт с автоматизированной системой управления лазерным технологическим процессом в машиностроении наиболее эффективно.
 
Лазерное  легирование и газопорошковая наплавка
 
В общем, лазерное легирование (рис. 2) схоже с лазерным термоупрочнением с оплавлением поверхности. Отличие состоит лишь в том, что перед термической обработкой на поверхность наносится слой, который после оплавления поверхности меняет химический состав (поверхностный слой).
Преимущество  лазерного легирования состоит  в том, что деталь изготавливается из легко обрабатываемого недорогого материала, а дорогие и дефинитные элементы расходуются только в тонком слое и на локальном участке изделия. Легирующая обмазка, наносимая на поверхность обрабатываемой детали, расплавляется лучом лазера совместно с поверхностным слоем изделия. Затем легирующие компоненты переходят в объем жидкой ванны металла, которая затем кристаллизуется.
Средняя глубина  легированных слоев составляет 0.3...0,4 мм при импульсной обработке и 0,3... 1.0 мм при обработке непрерывным лазером. Обработка чаше всего проводится в атмосфере инертных газов.
 
Типы  легирования:
 
Лазерная  цементация осуществляется на основе растворов графита или сажи в ацетоне или спирте. При большом содержании углерода в обмазке микротвердость после цементации повышается до 9000... 14000 МПа. Лазерную цементацию целесообразно использовать для повышения твердости углеродистых сталей.
 
 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок. 2. Схема  процесса лазерного легирования.:
1 — образец,  двигающийся со скоростью v; 2 — легированный слой {дорожка);
3 — ванна  расплава; 4 - лазерный пучок; 5 - технологический  объектив;
6 - защитный  газ; 7 - легирующая обмазка; ? - фокусное расстояние объектива (6);
??— расстояние от поверхности образца до задней фокальной плоскости.
 
Лазерное азотирование выполняется с использованием паст на основе аммиачной солп. Для титана, циркония и их сплавов азотирование легко осуществить при лазерном оплавлении поверхности с обдувом струей азота. При этом в слое образуются нитриды с высокой микротвердостью 17000.. .20000 МПа.
Силицирование проводится на основе обмазок, содержащих порошок кремния. Осуществляется из твердой фазы. Микротвердость сталей повышается до 8000... 15000 МПа. Кроме того, повышается их коррозионная стойкость и стойкость при нагреве.
Борирование осуществляется с применением обмазок, содержащих порошок бора. Бор можно напылять плазменным способом, тогда поверхность лазером оплавляют. При борировании сталей образуются бориды железа, обеспечивающие микротвердость до 21000 МПа.
Легирование металлическими компонентами. Металл предварительно наносится на поверхность, и осуществляется лазерное оплавление. Чугуны и стали легируются хромом и углеродом. Алюминиевые и титановые сплавы легируются Fe, Ni. Cr и др. Микротвердость алюминиевых сплавов после лазерного легирования достигает 10000 Мпа. что значительно выше, чем при обыкновенной лазерной закалке. Если легирующее покрытие наносится высокотемпературным напылением, то лазерное оплавление таких покрытии приводит к увеличению прочности их сцепления с основой.
Газопорошковая  лазерная наплавка (рис. 3) осуществляется принудительной подачей порошка газовым потоком в зону лазерного оплавления поверхности. При этом частицы порошка достигают поверхности уже нагретыми до температуры плавления.
Этот метод  требует расчета, который связывает  мощность лазера с размерами и  расходом порошка, скоростями его подачи, скоростями движения, шириной и высотой  валика наплавки и геометрией рисунка.
Подача порошка  осуществляется с помощью таких  газов, как воздух, азот, гелий, аргон. Для защиты от окисления используют инертный газ. Прочность сцепления высока, достигает прочности покрытия или детали.
 
 
 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3. Схема газопорошковой лазерной наплавки
с подачей  порошка вслед движению образца:
1 — луч  лазера, 2 - питатель с расходом  порошка,
3 - наплавленный  металл, 4 — движущаяся со скоростью v пластина;
L -расстояние от сопла питателя до зоны наплавки, ?f- степень дефокусировки,
а — угол наклона  сопла к оси лазерного пучка
 
Получение металлических стекол. В последнее время усилился интерес к аморфным материалам. Материалы эти обладают рядом свойств, отличающих их от кристаллических материалов. Эти отличия касаются магнитных, электрических, механических и коррозионных свойств. Так, у аморфных металлов существенно выше магнитная проницаемость, более высокая стойкость к коррозии. В настоящее время в различных странах разрабатываются методы получения аморфных пленок быстрым охлаждением тонкого слоя расплава или его капель, вытягиванием тонких нитей из расплава и др.
Лазерное воздействие  как метод получения на поверхности  слоя металлического стекла весьма заманчиво. У металлов, например, быстро расплавляется  тонкий слой, а отвод тепла от ванны расплава в металл обеспечивает высокую скорость охлаждения, в ряде случаев недоступную другим методам. Скорости охлаждения при лазерной обработке могут превосходить 106 град/с, что достаточно для формирования на поверхности металлического стекла, как называют поверхностный аморфный слой в металлах.
Лазерная  сварка. По характеру воздействия излучения на тела лазерная сварка обычно разделяется на импульсную и непрерывную. С помощью импульсного воздействия лазерного излучения можно осуществить точечную сварку соединений различной геометрической конфигурации, а также шовную сварку стыковых соединений, получаемую при последовательном нанесении сварных точек с перекрытием отдельных зон облучения при высокой частоте следования импульсов излучения. Непрерывная лазерная сварка на практике осуществляется только СО2-лазерами и, как правило, является шовной.
Импульсная  лазерная сварка. Для сварки большинства  материалов, включая тугоплавкие  металлы, требуются плотности потоков  излучения 1C5—106 Вт/см2, если длительность импульса составляет несколько миллисекунд. В ряде случаев при сварке необходимо выполнить следующие технологические требования:
    ограничить размер зоны термического влияния;
    ограничить вынос расплава из зоны воздействия излучения, чтобы не снижалась прочность соединения;
    ограничить температурные градиенты в зоне сварки, чтобы снизить термические напряжения, приводящие к образованию трещин;
    сделать минимальным время контакта твердой и жидкой фаз, чтобы избежать образования интерметаллических прослоек и появления хрупкости зоны термического влияния;
    добиться максимальной глубины проплавления без удаления массы, чтобы не снижать прочности соединения;
    при необходимости создать защитную атмосферу или проводить сварку в вакууме для избегания заметного окисления поверхности материалов.
При лазерной сварке тепло, введенное при поглощении энергии импульса излучения, передается от поверхности тела в глубь материала благодаря теплопроводности. Для каждого материала и толщины, которую необходимо проплавить, существует оптимальный диапазон длительностей импульса, в пределах которого можно получить сварное соединение без чрезмерного выноса материала из зоны нагрева.
Одной из основных характеристик лазерного импульса при точечной сварке является его  энергия. Она влияет как на общее  количество тепла, введенного в тело, так и на некоторые характеристики излучения, так как от энергии луча лазера зависит длительность импульса, его временная структура и расходимость луча. Поэтому лазерные установки, чтобы избежать изменения других параметров, обычно работают при постоянной энергии накачки, а энергия лазерного луча изменяется с помощью светофильтров или диафрагм.
Лазерная импульсная сварка наиболее эффективна в труднодоступных  местах, в условиях интенсивного теплообмена (когда у соединяемых материалов высокая теплопроводность), при соединении легкодеформируемых деталей, а также изделий, требующих ограничения зоны термического влияния и максимальной технологической чистоты.
Технология  лазерной сварки применяется при  изготовлении изделий электронной  техники более 100 типов. Ее внедрение  позволило в несколько раз повысить производительность труда, увеличить выход годных приборов на 10— 30%, улучшить их рабочие характеристики. В частности, надежность некоторых приборов после лазерной сварки возросла на 20—30%. Применение метода позволило разработать ряд новых приборов с повышенными параметрами и уменьшенными габаритами. Лазерная импульсная шовная сварка применяется в производстве кварцевых резонаторов, в том числе для наручных мужских электронных часов. Она полностью заменила прежнюю технологию герметизации корпусов пайкой, которая не удовлетворяла требованиям стабильности вакуумной плотности и стерильности процессов, так как из-за остаточного флюса характеристики приборов выходили за пределы ТУ.
Непрерывная лазерная сварка. Наиболее подходящим для непрерывной сварки является СО2-лазер, с большим, в сравнении с другими лазерами, энергетическим КПД и значительной мощностью — более 20 кВт, что позволяет применять его для сварки металлов и сплавов средней и большой толщины.
Сварка большинства конструкционных материалов при высоких уровнях непрерывной мощности имеет ряд особенностей. Наиболее важной из них следует считать интенсивное испарение металлов из ванны расплава, в результате чего над поверхностью расплава образуется и существует на протяжении всего процесса облако плазмы (лазерный факел). Это может стать причиной сильной экранировки лазерного луча, нарушения условий фокусировки, что весьма нежелательно. Чтобы избежать подобного, сварку выполняют в атмосфере газа, подавляющего ионизацию (гелий, аргон), либо сдувают лазерный факел струей инертного газа. В этом случае глубина проплавления существенно возрастает.
Как правило, непрерывную  лазерную сварку проводят в режиме глубокого проплавления. Поэтому  практически все известные случаи ее использования относятся к стыковым, внахлестку и тавровым соединениям металлических листов. Ширина зазора не должна превышать 0,1 толщины соединяемых листов, чтобы исключить непровары. При увеличении зазора происходит либо «подрез» краев шва, либо шов не образуется совсем.
Получение отверстий. Технологический процесс получения отверстий с помощью лазерного луча возник как ответ на потребность в эффективных методах изготовления микроотверстий в деталях из сверхтвердых и тугоплавких материалов.
В промышленности лазерные технологические установки  широко применяются преимущественно  для получения черновых отверстий, например в рубиновых часовых  камнях и заготовках алмазных волок, а также в различных деталях  приборов и машин ряда отраслей промышленности в тех случаях, когда не предъявляются жесткие требования к точности обработки.
Методы повышения  точности и воспроизводимости результатов. Их можно условно разбить на две  группы: методы, связанные с выбором  режима обработки, управления импульсом (длительность и форма импульса), способа обработки (многоимпульсная обработка, обработка в цилиндрической световой трубке) и т. д.; методы, применяющие различные способы калибровки полученных отверстий, химическое травление, продувку отверстий сжатым газом и т.д.
Один из наиболее эффективных методов повышения  точности и воспроизводимости результатов  получения отверстий с помощью  луча лазера — использование многоимпульсной  обработки (МИО). Сущность ее в том, что  отверстие формируется не одним  импульсом, а серией одинаковых импульсов с определенной энергией и длительностью, действие которых доводит размеры отверстия до необходимого. Этот процесс в определенной степени аналогичен процессам электроэрозионной обработки.
Толщина снимаемого каждым импульсом слоя может быть весьма малой. Поэтому при получении отверстий глубиной в 1 мм и более наличие жидкой фазы в меньшей степени сказывается на искажении формы отверстия, чем при действии одного импульса.
Особенностью  МИО является то, что характерный  размер зоны термического влияния определяется длительностью отдельного короткого импульса, поскольку период следования импульсов значительно больше времени остывания материала. Поэтому с помощью МИО можно получать отверстия в хрупких материалах без их раскалывания.
Лазерная  металлургия. Производство металлов с различными физическими свойствами и различного назначения — одна из фундаментальных задач современной промышленности. Потенциальные возможности применения лазеров в металлургии связаны с высокой мощностью непрерывного излучения, локальностью воздействия и определенной универсальностью их как тепловых источников. Эффективность использования лазеров в металлургии связана, по сути дела, с теми же процессами, с которых начинались первые опыты по применению генераторов низкотемпературной плазмы: получение тугоплавких металлов при восстановлении окислов, синтез порошков и композиционных материалов.
Классическим, если можно так выразиться, возможным  применением мощных непрерывных  лазеров в металлургии может  оказаться использование их как высоколокальных источников нагрева.
 
2.2 ЛАЗЕРЫ  В МЕДИЦИНЕ
 
С первых дней создания оптических квантовых генераторов (1960) они вызвали огромный интерес  у биологов и врачей. Получение  большой мощности излучения на очень  маленькой площади позволяет  применять световой луч лазера в офтальмологии, хирургии, нейрохирургии, стоматологии и отоларингологии и других областях медицины.
Офтальмология. Особенно широкое применение излучение оптических квантовых генераторов получило в офтальмологической практике, где оно успешно используется для безоперационного лечения отслойки сетчатой оболочки и некоторых других патологических изменений глаз. Эти операции постепенно становятся обычными. Лазер дает в руки хирургов совершенно уникальный «бескровный нож», которым можно делать операции на паренхиматозных органах. Дело в том, что, продвигаясь вглубь ткани, луч лазера одновременно как бы «заваривает» все капиллярные кровеносные сосуды.
Известно, что  интенсивное воздействие на открытый глаз инфракрасными лучами, сфокусированными на глазное дно и направленными на определенный его участок, вызывает термические повреждения сетчатки, ее ожог с последующим развитием некроза. Нa этом принципе был основан метод лечения фотокоагуляцией отслойки сетчатки. Этот метод в настоящее время широко применяется в офтальмологической практике.
Хирургия. Несмотря на значительные достижения современной хирургии, техника хирургических вмешательств продолжает нуждаться в дальнейшем совершенствовании. В частности, хирурги постоянно и настойчиво ищут более щадящие и безопасные способы и новые принципы рассечения тканей, разрабатывают методы «бескровных операций», обеспечивающие минимальное кровотечение и кровопотерю, особенно при операциях, при которых остановка кровотечения до сих пор является далеко не решенной проблемой. Как известно, кровотечение и кровопотеря особенно опасны при операциях у лиц с пониженной свертываемостью крови (гемофилия, лучевая болезнь и др.). В борьбе с кровотечением и кровопотерей большие надежды в последние годы возлагаются на операции с помощью сфокусированного луча лазера или лазерного скальпеля.
По понятным причинам возможность использования  лазерного луча в качестве нового и своеобразного режущего инструмента  представляет определенный интерес  для ряда хирургических специальностей. Не удивительно, что именно этому аспекту применения лазеров в медицине уделяется большое внимание.
Применение  лазерного скальпеля для рассечения различных тканей и органов основано главным образом на термическом  эффекте воздействия на биологические объекты лазерного излучения непрерывного действия: углекислотного (длина волны 10,6 мкм), аргонового (длина волны 0,4880 и 0,5145 мкм) и др. В технике оперативных вмешательств применяются специальные лазерные хирургические установки.
Онкология. Целенаправленные исследования по изучению возможностей применения лазерного излучения при лечении злокачественных новообразований ведутся с 1964 г. Первые же работы, выполненные в эксперименте на культурах тканей, показали, что лазерное излучение оказывает разрушающее действие на опухолевые клетки. Эти обнадеживающие результаты привлекли внимание широкого круга ученых к новому виду изучения, вследствие чего увеличился диапазон этих исследований. Факторами, приводящими к гибели опухолевых клеток при воздействии луча лазера, по мнению исследователей, являются: некроз цитоплазмы злокачественных клеток, разрушение клеточных мембран, изменение биосинтетических и ферментативных процессов, нарушение кровообращения в опухоли и др.
Дерматология. При лечении злокачественных и доброкачественных новообразований кожи в основном используются неодимовый, рубиновый и углекислотный лазеры.
При лечении  многих заболеваний кожи наряду с  высокоэнергетическими лазерами с  успехом применяется низкоинтенсивное лазерное излучение. К настоящему времени имеются сообщения о хорошем терапевтическом эффекте излучения гелий-неоновых, небольших мощностей углекислотных и рубиновых лазеров при лечении трофических язв различного генеза, зудящих дерматозов, склеродермии.
Отмечается, что  под влиянием излучения лазеров активизируется регенераторный процесс, уменьшаются и исчезают боли в очагах поражения, происходит активация обмена клеточных элементов. Наряду с местными выявляются и общие изменения в обмене и реакциях организма. Повышается содержание белка в сыворотке крови, ферментативная активность, общая реактивность организма. Анализ данных литературы показывает, что взаимодействие лазерного излучения с кожей носит комплексный характер. Ответная реакция зависит от физических факторов излучения и биологических свойств облучаемого участка кожи. Основополагающим фактором лазерного излучения является величина энергии. В зависимости от ее уровня в коже отмечаются изменения от едва заметных до глубокого некроза и распада тканей облученного участка.
Особенностью низкоинтенсивного лазерного излучения является то, что после облучения в коже не возникает грубых деструктивных изменений, однако в облученном участке и в организме в целом наблюдается активация обменных и регенераторных процессов.
Стоматология. Применение излучений лазеров в стоматологической практике открывает большие перспективы. Оптические квантовые генераторы можно использовать для препарирования зубов, сваривания пломб, глазирования эмали и качестве вспомогательного средства для диагностики различных заболеваний зубов. Разработанные экспериментально-теоретические обоснования и анализ результатов позволили определить нозологические формы поражения слизистой оболочки полости рта, при которых целесообразно использование излучения гелиево-неонового лазера в терапевтических целях. К ним относятся: пародонтоз, герпес губ и герпетический стоматит у взрослых и детей, синдром Мелькерссона — Розенталя, хронический рецидивирующий афтозный стоматит, десквамативный глоссит, травматические повреждения слизистой оболочки полости рта, многоформная экссудативная эритема.
 
    Установки и комплексы для лазерной обработки материалов
 
      Общая характеристика технологического лазера и систем на его основе
 
Технологический лазер (ТЛ) - это источник излучения, имеющий определенные заданные параметры. ТЛ является основным компонентом технологической установки. Функциональная схема ТЛ на базе твердотельного лазера представлена на рис. 3.1.
Технологические лазеры должны отличаться гибкостью (необходима перестраиваемостъ на различные виды обработки), безотходностью, малыми размерами производственной линии, бесшумностью. надежностыо и воспроизводимостью обработки, возможностью полной автоматизации.
Основным требованием  к ТЛ является высокая мощность в  сочетании с высоким качеством  пучка, безопасность и надежностью работе, стабильность параметром излучения.
В импульсном режиме работы лазера стабилизация накачка задана обратной связью пульта управления с блоком заряда. В непрерывном режиме - с блоком разряда. В газовых лазерах используется другая блок-схема, а вместо квантрона используется газоразрядная камера с возможной прокачкой рабочего газа.
Лазерная технологическая  установка (ЛГУ) - это ТЛ с внешним оптическим трактом, компонентом внешней оптики и запчастями.
Рисунок 3.1. Функциональная схема ТЛ на базе твердотельного лазера
 
Лазерный технологический  комплекс (ЛТК) - это ЛГУ, снабженная манипулятором изделий или оптики, вспомогательной технологической  оснасткой (ВТО) и общей системой управления для проведения технологических  операций. В случае применения автоматизированного манипулятора и связи между системами управления лазером и манипулятором комплекс считается автоматизированным ЛТК (АЛТК). ЛТК и АЛТК разделяются на универсальные и специализированные.


Рисунок 3.2. Структурная  схема ЛТК
 
ВТО может включать:
    оборудование для подготовки технологических операции (устройства нанесения покрытий, легирующих порошков, загрузчики деталей);
    датчики и устройства для контроля за ходом технологического процесса (визуализаторы ЛИ, пирометры, датчики зазора между обрабатываемым материалом и оптико-фокусирующей головкой);
    оборудование для подачи защитного или рабочего газа, водяного или воздушного охлаждения, зажимы, фиксаторы и др.:
    средства защиты и техники безопасности:
    системы контроля качества обрабатываемых изделий (твердомеры, микроскопы и др.).
Упрощенная  структурная схема ЛТК приведена на рис. 3.2.
Основными параметрами, характеризующими ЛТК. следует стать энергию (мощность), длительность импульса и диаметр светового пятна на обрабатываемой поверхности. ЛТК может быть снабжена системой формирования и транспортировки пучка, системой расщепления пучка на несколько позиций и системой манипулирования (сканирования) пучка. Можно выделить два канала в оптике ЛТК — энергетический и канал визуального наблюдения.
Обычно в  ЛТК используются мощные твердотельные или газовые лазеры, которые обеспечивают лазерные пучки с мощностью от 100 Вт до 5 кВт. Далее будет более подробно говориться именно об этих лазерах и их применении.
 
3.2.   Многофункциональные установки
 
Лазерные комплексы для резки, сварки, термообработки и наплавки
(на  основе СО2 лазеров мощностью 1 ...5 кВт)
 
Производитель: ИТТТМ СО РАН - ГУ НИУ «Институт теоретической и прикладной механики СО РАН». РФ, г. Новосибирск.
Состав комплекса:
      лазер мощность 1…5 кВт;
      технологический стол;
      автоматическая система управления.
Комплексы изготавливаются  под конкретные задачи потребителя. Предлагаются промышленные лазерные технологии резки листовых материалов, сварки, термообработки и лазерно-порошковой наплавки.
Технологические возможности комплексов:
    Лазерная резка листовых материалов. Обрабатываемые материалы: металлы, древесина, пластик, паронит, стекло, керамика и т.п. Площадь раскроя до 2,5 х 6 м. Точность обработки до 10 мкм при скоростях реза до 20 м/мин. Характерные толщины листов и режимы обработки для мощности лазера 1,5 кВт предоставлены в табл. 3.1
2. Лазерная  сварка. Комплекс позволяет сваривать с минимальным тепловым влиянием стальные детали толщиной стенки до 10 мм при скорости до 5 м/мин.
3. Лазерная термообработка. Технология применяется преимущественно для получения самозатачивающегося инструмента. Лазерная термообработка применяется также в комплексе с механической обработкой после восстановления изношенных поверхностей валков прокатных станов методом лазерно-порошковой наплавки.
 
Таблица 3.1
Характерные толщины и скорости реза различных материалов
Материалы
Толщина, мм
Скорость резки, м/мин.
Сталь
0,5….10,0
1…10
ДВП
5
6
ДСП
20
1,5
Высушенная сосна
20
2
Фанера
10
3,0…4,5
Паронит, асбест
4
1,5
Пластмасса
25
2
Стекло
1…8
0,5…5,0

 
4.Лазерно-порошковая наплавка. Технология применяется для изготовления режущего инструмента с рабочими поверхностями высокой твердости. Технология изготовления режущего инструмента включает предварительную лазерную термическую обработку корпуса инструмента из конструкционной стали, наплавку твердого покрытия (до 10 мм), придание лазерным лучом нужной формы режущему инструменту. Твердость наплавляемого слоя 66…72 HRC.
 
ТУЛО  – 01 и ТУЛО – 01М – технологические установки лазерной обработки (на основе ТТЛ мощность до 1 кВт)
 
Производитель: Акционерная компания «Туламашзавод», РФ, г.Тула.
Технологические установки лазерной обработки ТУЛО-01 и ТУЛО-01М предназначены для контурной резки сложнопрофильных деталей из различных материалов и сплавов, а также сварки, термоупрочнения.
Основной технологической  особенностью установок является возможность  обработки листового материала  больших нестандартных размеров (благодаря консольной компоновке станка).
Наличие программно-адаптивного следящего устройства позволяет вести обработку сложнопрофильных деталей с высокой точностью и качеством обработки по контуру.
Установки имеют  оригинальную систему отсоса газов  из рабочей зоны обработки. Наличие  подвижного защитного устройства от ЛИ позволяет безопасно вести работу. Могут оснащаться технологическими лазерными модулями с непрерывным или импульсным режимами работы (по заказу).
Технические характеристики:
      твердотельный тип лазера;
      длина волны излучения 1,064 мкм;
         режим работы непрерывный и импульсный;
      мощность излучения 400...500Вт для ТУЛО-01 и 500..,1000Вт для ТУЛО-01М;
      система управления - ЧПУ типа ШМРС;
      3 управляемых координаты;
      рабочая зона 2000x1000 мм для ТУЛО-01 и до 3000*1500мм для ТУЛО-01М;
      точность обработки ±0,05 мм;
      точность позиционирования 0, 01 мм;
      толщина обрабатываемой детали при резке: 4…10 мм для стали и 2…7 мм для Al.
 
Транспортируемый  лазерный технологический комплекс для разделки металла (на основе СОг-лазера мощностью 20 кВт)
 
Производитель: компания «Реновация», РФ, Москва.
Комплекс предназначен для резки металлических деталей  толщиной до 0,3 м, разделки объемных металлоконструкций, резки неметаллических материалов (камень, бетон). Комплекс может применяться в атомном энергомашиностроении, судостроении, автомобилестроении, промышленности строительных материалов и в металлургическом производстве. Гибкость управления позволяет полностью автоматизировать технологический процесс резки, а также транспортировать ЛИ на расстояние до 150 м и распределять излучение на несколько технологических постов. габариты комплекса позволяют размещать его на железнодорожной платформе.
Технические характеристики:
    мощность излучения 205 кВт;
    расходимость излучения 1 мрад;
    рабочая зона 150 х 5 х 5 м;
    диаметр сфокусированного луча 2 мм;
    потребляемая мощность 150...260кВт;
    расход воды для охлаждения 1200 л/мин.

и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением оригинальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.