Реферат Технологии производства паровых турбин. Реферат лазер. Альтернативные методы обработки материалов 2 Метод лазерной обработки 5
 Скачать 1.38 Mb.
|
Метод лазерной обработкиВлияние лазера на мирЛазерная обработка - инструмент для современного производства. По мнению многих экспертов (Информационный бюллетень Лазерной ассоциации РФ, май 2000 г.) мир в последние годы вступил в эпоху третьей промышленной революции. Первые две, как известно, были вызваны массовым освоением принципиально новых для своего времени видов энергии - сначала паровых машин, затем электричества. Всякий раз переход к использованию более высококачественной энергии (особенно с точки зрения возможности ее преобразования в другие виды энергии) приводил к появлению новой технической и интеллектуальной атмосферы, созданию принципиально новых машин, приборов, технологий. Третья промышленная революция обусловлена широким внедрением энергии когерентного светового излучения - лазерного луча. Возможности высокой концентрации лазерного излучения в пространстве, во времени, в частотном спектре открыли абсолютно новые перспективы для размерной и локальной поверхностной обработки материалов, для бесконтактной диагностики процессов и управления ими, для прецизионных измерений, для регистрации, обработки и передачи информации. Уже сегодня степень насыщения лазерным оборудованием для всех передовых промышленных стран стала одним из важнейших - наряду с компьютеризацией - критериев индустриального развития. При этом роль флагмана в процессах освоения новых типов лазерного оборудования и технологий в промышленном производстве играет машиностроение. Это обусловлено, во-первых, общей лидирующей ролью этой отрасли в мировом научно-техническом прогрессе, а во-вторых, высочайшей технико-экономической эффективностью внедрения здесь лазерных технологий. Значительную долю в производстве лазерной техники составляют лазерные технологические установки для обработки различных материалов (резка, сварка, сверление, маркировка, локальное модифицирование поверхностного слоя и т.д.) и лазерная контрольно-измерительная и диагностическая аппаратура (мгновенный контроль размеров, перемещений, угловых и линейных скоростей, вибраций, внутренних напряжений и деформаций, размеров и концентраций микрочастиц, экологический мониторинг и многое другое). Ежегодно в мире продаются многие тысячи единиц такой аппаратуры и практически каждый машиностроительный завод в США, Японии и Западной Европе использует лазерные технологии и методики, а многие производства без них уже просто невозможны. В основе использования лазерных технологий в первую очередь лежит экономическая выгода, которая проявляется или напрямую, через снижение стоимости технологического процесса, или косвенно, через более высокие потребительские качества продукции. Большой экономический эффект возникает за счет экономии материалов и энергоресурсов (при сварке, резке), повышения производительности труда (сварка, размерная обработка, маркировка). Немаловажное значение приобретают вторичные эффекты, которые реализуются при использовании конструкций, изначально ориентированных на лазерные технологии (например, достижение большей прочности конструкции при одновременном снижении их металлоемкости). Принцип работы лазеровЛазер – это генератор когерентного электромагнитного излучения в оптическом диапазоне длин волн (10-2–10-3 м), основанный на использовании индуцированных переходов (ГОСТ 15093-90). Слово «лазер» составлено из начальных букв английского словосочетания: усиление света посредством вынужденного испускания. В самом термине «лазер» отражена фундаментальная роль процессов вынужденного испускания, которую они играют в генераторах и усилителях когерентного света. Принцип работы лазеров основан на поглощении и излучении атомами квантов света. В отсутствие внешних возмущений атом может находиться в стабильном состоянии с минимальной энергией. Все другие состояния нестабильны. Возбуждённый атом может пребывать в нестабильном состоянии короткое время порядка 10-8с, после этого он переходит в одно из низших состояний, испуская квант света. На некоторых энергетических уровнях атом может пребывать значительно больше, порядка 10-3с. Такие уровни называются метастабильными. Переход атома в более высокое энергетическое состояние может происходить при резонансном поглощении фотона, энергия которого равна разности энергий в конечном и начальном состояниях. Кроме того, возможен переход возбуждённого атома на более низкий уровень с излучением двух квантов. Переход электрона с верхнего энергетического уровня на низший происходит под действием внешнего поля. Возникающее при этом излучение называют вынужденным или индуцированным. Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров. Если среда на нижнем уровне содержит большее количество атомов чем на верхнем, то преобладает поглощение и интенсивность светового потока падает. Если большее количество атомов содержится в верхнем уровне, то преобладает вынужденное излучение и среда усиливает проходящий свет. Усиление света может происходить только при отсутствии равновесия между верхним и нижним энергетическими уровнями. Такую среду называют средой с инверсной заселённостью. При переходе электронов с верхнего уровня на нижний имеет место быстрое уменьшение избытка населённости верхнего уровня, и при достижении определённого уровня излучение прекратится. Возобновление излучения возможно при внешнем подводе энергии. Этот процесс называется накачкой лазера. Способы накачки зависят от конкретной схемы энергетических уровней, а так же от свойств компонентов активной среды, называемой рабочим телом. В лазерных системах получили распространение оптический, газоразрядный, газодинамический и химический способы накачки. С целью усиления светового излучения лазера используется эффект резонанса. Схема оптического резонатора представлена на рисунке 1.1. Рабочее тело размещается между двумя отражающими зеркалами 1, 3. При возбуждении световой накачкой электроны в рабочем теле испускают флуоресцентное излучение, часть которого пойдёт под разными углами к оси стержня, выйдет из него и будет безвозвратно потеряна. Другая часть, направленная вдоль оси рабочего тела, будет усилена за счёт вынужденного излучения при прохождении сквозь стержень многократно. Отразившись от зеркал, часть света снова пройдёт вдоль оси рабочего тела и приведёт к увеличению интенсивности светового потока.  |