78. Лазер и лазерные технологии.

Лазер – источники мощного светового монохроматического излучения, появились в начале 60-х гг. XX в. и сразу же стали находить применение в технологических процессах. Основными элементами лазера являются рабочее тело и система возбуждения излучения. В зависимости от материала активного элемента лазеры подразделяются на твердотельные (обычно рабочее тело – монокристаллы рубина), газовые (работают на смеси углекислого газа с азотом), полупроводниковые и жидкостные. В технологических процессах используются наиболее мощные твердотельные и газовые лазеры. Атомы или молекулы рабочего тела должны обязательно иметь расщепленный верхний энергетический уровень. Это достигается введением примесей в основное вещество. Когда под импульсным или непрерывным возбуждением на верхнем возбужденном энергетическом уровне окажется больше атомов, чем на нижнем , атомы лавинообразно переместятся на промежуточный энергетический уровень, излучая кванты световой энергии. Усиление лазерного излучения достигается благодаря концентрации излучаемой энергии со всего объема рабочего тела в узкий пучок.

Лазеры подразделяются по мощности излучения на 2 группы: маломощные (до 1 кВт) и мощные (свыше 1 кВт). К первой группе относятся в основном твердотельные лазеры, а также небольшие газовые лазеры, ко второй – в основном газовые.

Лазерный луч обеспечивает концентрацию энергии с плотностью до 1014 Вт/см2 и может быть сфокусирован до пятна диаметром 1 мкм. Такая концентрация энергии позволяет достичь на поверхности материала температуры в несколько тысяч градусов. В результате материал мгновенно расплавляется и частично испаряется, выплескиваясь из зоны воздействия лазера.

Лазерный луч представляет технологам возможность воздействия на материал без механических нагрузок, что позволяет достичь высокой точности обработки. С помощью лазерного излучения можно изготовлять отверстия диаметром 0,003-3 мм и глубиной до нескольких мм с производительностью до 60 отверстий в минуту. Погрешность размеров отверстий небольших диаметров составляет +/-0,01 мм. Перемещая обрабатываемую деталь и используя мощные газовые лазеры непрерывного действия, можно вырезать контур детали в листе металла толщиной до 10 см.

Мощные газовые лазеры применяют для сварки и пайки листовых и проволочных разнородных металлов и сплавов; сварки деталей, значительно различающихся по толщине или диаметру, а также по температуре плавления. Импульсная сварка с помощью твердотельных лазеров нашла широкое применение в радиоэлектронной промышленности или сварке элементов полупроводниковых приборов. Лазерным лучом можно упрочнять поверхность металла (по принципу термообработки). При этом увеличивается стойкость штамповой оснастки примерно в 2-5 раз. Главным недостатком лазера является довольно низкий КПД, который для твердотельных лазеров составляет примерно 2%.