Лазеры в промышленности

Лазеры являются источником электромагнитного излучения со специфическими свойствами. Благодаря своей уникальности они нашли применение практически во всех сферах человеческой деятельности, например, в медицине, научных исследованиях, информатике и развлечениях. Они также имеют множество применений в промышленности. В этой статье мы представляем их обзор и более широкий выбор.

На https://laser-form.ru/technologies/lazernaya-svarka-metalla-nerzhaveyushchey-stali-titana/ заказывайте лазерную сварку нержавейки и титана.

Лазерное излучение обладает рядом особых свойств. В первую очередь, это форма пучка. Это означает, что он распространяется в определенном направлении с ограниченной расходимостью, так как лазерный луч характеризуется высокой степенью пространственной когерентности. В результате он может распространяться без рассеяния в направлениях, поперечных направлению распространения, и фокусироваться в небольшой точке. Отсюда высокая фокусируемость лазерных лучей. Они также характеризуются высокой степенью когерентности во времени. Это означает, что пространственная когерентность сохраняется даже на больших интервалах, которым соответствуют большие расстояния распространения, измеряемые километрами, или большое число циклов колебаний.

Свойства и применение лазеров

Лазерный свет монохроматичен — например, красные лазеры излучают излучение с длиной волны 632,800 — 632,802 нм. Для сравнения, в случае светодиодов этот диапазон обычно составляет десятки нанометров. Лазерное излучение линейно поляризовано. Кроме того, он может генерироваться в виде импульсов высокой пиковой мощности, даже выше 1 ТВт.

Для сравнения, лампы накаливания излучают видимое и инфракрасное излучение. Их свет желтоватый, смесь зеленого, желтого, красного и синего света с длиной волны от 400 до 800 нанометров. Из-за ограниченной пространственной когерентности его нельзя ни сильно сфокусировать, ни генерировать в виде импульсов.

Стоит добавить, что лазеры вообще характеризуются длительным сроком службы, даже в десятки тысяч часов работы. Однако следует также помнить, что лазерное излучение может нанести вред зрению и коже, поэтому их эксплуатация требует соблюдения техники безопасности.

Свойства предопределяют лазеры для многих применений. В одних важна фокусировка луча, в других мощность импульсов, в одних оба признака вместе, в других важна монохроматичность излучения от этого источника или его направленность. Отсюда разнообразие их применения в промышленности, от тех, в которых они изменяют структуру материалов, до неинвазивных. Во-первых, это обработка материалов.

Преимущества и механизмы лазерной обработки

Лазеры являются универсальным инструментом — они используются при сверлении, резке, термообработке (закалке, отжиге) и сварке, а также в случае материалов, трудно поддающихся механической обработке (композиты, керамика). Это приложение использует мощные лазеры. Кроме них типовое устройство обработки состоит из: системы направления луча по оптоволокну или через набор зеркал и линз и блока контроля и управления его параметрами. Кроме того, обычно требуется продувка сжатым газом для удаления твердых частиц, которые могут повредить оптику и плазму, генерируемую лазером, что снижает его проникающую способность.

Популярность лазеров в обработке материалов обусловлена ​​их многочисленными преимуществами в этом приложении. Это: бесконтактный, благодаря которому не нужно менять или затачивать инструменты, а на заготовку не воздействуют никакие силы, что предотвращает ее деформацию, быстрый и точечный нагрев, не позволяющий теплу распространяться в материал , легкая автоматизация и, благодаря оптическим волокнам, возможность направления лучей в труднодоступные места или следования по траектории со сложной формой и высокой скоростью, повышающие эффективность обработки.

С увеличением мощности лазера меняется характер его воздействия на материал, что используется в различных технологических процессах. Вначале он нагревается (затвердевает, изгибается). Дальнейшее увеличение мощности и, следовательно, температуры вызывает плавление (сварка) и испарение (очистка, сверление, резка) и, наконец, ионизацию частиц газа и образование плазмы. Параметры процесса (тип лазера, мощность, время и частота импульсов) зависят от свойств материала, в основном оптических и тепловых (отражательной способности и поглощения лазерного излучения определенной длины волны и его теплопроводности).