Страница:Кривицкий Б.Х. Справочник по радиоэлектронным системам. Том 2.djvu/290

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Эта страница не была вычитана


§ 9-5]

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

289

энергии испарения с ростом температуры испаряемой границы).

Области технологического использования лазеров определяются значением удельного выноса массы. Качественная картина распределения областей в координатах т]у.в и q представлена на рис. 9-27. Область, которая ограничена ординатой q0 (105—106 Вт/см2), соответствующей началу разрушения материала, характеризуется режимом мягкого нагревания, используемого при различных видах термической обработки и

Рис. 9-27. Области использования излучения ОКГ в технологии.

сварки. При значениях плотности потоков qo<q<.qi осуществляется обработка тонких пленок и слоев. Потоки большей плотности (<7><7i) целесообразно использовать для получения отверстий в материалах и при необходимости удалять большие объемы вещества. При q>q2 разрушение материала происходит путем взрыва. Последние два режима в технологических процессах, как правило, пока не используются.

В настоящее время наиболее полно разработаны: сверление отверстий, микросварка и обработка пленок.

Сверление отверстий

Лазерная технология сверления обеспечивает получение отверстий в любых материалах. Однако она наиболее эффективна при обработке высокопрочных материалов (алмаз, рубин, керамика и др.). Можно производить сверление сквозных и глухих отверстий с различными формами поперечного и продольного сечений под разными углами к поверхности. При этом достигается сверление 60—240 отверстий в минуту. Сверление производился обычно лазерами импульсного излучения с энергией 0,1— 30 Дж при длительности импульса 0,1—2 мс и плотности потока в зоне обработки порядка 10 МВт/см2. Для получения отверстий могут использоваться одиночные импульсы или «пачки» импульсов. Точность обработки одиночными импульсами составляет 10—20% размера диаметра отверстия. При обработке серией импудьсов с относительно небольшой энергией (0,1—0,3 Дж) и

19—644

малой длительностью (0,1 мс и менее) точность повышается до 1—5%. __

Процесс образования отверстия (лунки) сопровождается плавлением материала и его испарением. Лунка растет в глубину в основном за счет испарения, а по диаметру— вследствие плавления стенок и вытеснения жидкости избыточным давлением паров.

Лазер с мощностью 1 кВт способен сверлить отверстия глубиной около 1 мм в материалах с высокой теплопроводностью и глубиной 15—20 мм в горных породах.

Наиболее широкое применение лазерная технология сверления отверстий получила в производстве рубиновых часовых камней, алмазных волок и фильер для текстильной промышленности.

Рубиновые камни, используемые в часах, представляют собой диски диаметром

1—1,5 мм и толщиной 0,5 мм. Отверстия в них диаметром 30—90 мкм имеют .сложную форму с закруглениями на входе и выходе. Лазер используется на операции черновой обработки отверстий. Отверстие получают за один импульс с ти=1 мкс. По сравнению с механической обработкой камней лазерный способ сокращает время обработки в 600 раз.

Лазерные методы производства алмазных волок используются для выполнения наиболее трудоемких технологических операций — получения чернового отверстия и черновой обработки отработавших фильер до следующего по стандарту большего размера.

Для сверления нового отверстия в алмазных заготовках с массой 0,02—0,8 г требуется несколько импульсов с плотностью энергии 2,4-104 Дж/см2 при ти=0,5 мс, а для увеличения диаметра отработавшей срок службы фильеры — несколько десятков импульсов. При получении нового отверстия в алмазе традиционным механическим сверлением с алмазным абразивом требуется 24—48 ч, а для расширения отверстия 12—16 ч. Производительность труда при лазерном методе возрастает приблизительно в 200 раз.

Изготовление фильер для текстильной промышленности лазерными методами позволяет отказаться от использования высоколегированных сталей и платины, применяемых при производстве фильер обычным механическим методом, и перейти к изготовлению фильер из керамики. Отверстия в керамических фильерах могут быть получены только с помощью лазеров.

Перспективной областью применения лазерной технологии получения отверстий является динамическое балансирование быстровращающихся деталей: турбин, роторов и т. п. Процесс балансирования, как правило, связан с большим количеством проб и включает значительное число технологических операций по определению весовых характеристик вращающейся детали. При этом деталь приходится извлекать из зажимного устройства испытательного стенда и удалять материал из более тяжелой части де