«Лазер» - от начальных букв: «Light amplification by the stimulated emission of radiation» –«Усиление света посредством индуцирования эмиссии излучения».

Академик Н.Г. Басов, удостоенный в 1964 г. совместно с академиком А.М. Прохоровым и американским ученым Ч. Таунсом Нобелевской премии за теоретическое обоснование и разработку лазеров, так характеризует лазер: «Это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии неизбежно теряется, но важно то, что полученная в результате лазерная энергия обладает несравненно более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние».
Основные элементы лазера - это генератор накачки и активная среда. По активным средам различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры. В твердотельных лазерах в качестве активной среды чаще всего применяют стержни из розового рубина - окиси алюминия А12О3 с примесью ионов хрома Сг3+ (до 0,05 %). Выходная мощность твердотельных лазеров достигает 100 МВт при сечении луча менее 1 кв. см. В фокусе достигается громадная концентрация энергии, позволяющая получать температуру до миллиона градусов.

При работе в импульсном режиме существенный недостаток твердотельного лазера - низкий КПД (0,01...2,0 %). Более высокую мощность и больший КПД обеспечивают лазеры, работающие в непрерывном режиме, например твердотельный лазер на алюмоиттриевом гранате, активированном атомами неодима (приблизительно 1 %). Еще более высокий КПД и мощность у газовых и полупроводниковых лазеров. В качестве активной среды в них применяют чаще всего СО2 или смесь газов, генераторами накачки могут служить искровые разрядники или электронный луч. Типичная конструкция газового лазера - это заполненная газом трубка, ограниченная с двух сторон строго параллельными зеркалами: непрозрачным и полупрозрачным. Газовые лазеры могут работать в непрерывном режиме.

У полупроводникового волоконного лазера, оптическое волокно является усиливающей средой. Волокно обогащается редкоземельными ионами, такими как эрбий (Er3+), неодим (Nd3+), иттербий (Yb3+), тулий (Tm3+) или празеодимий (Pr3+). Для накачки используются один или несколько лазерных диодов. Большинство волоконных лазеров накачиваются одним или несколькими диодными лазерами с волоконными выходами (излучение лазерного диода вводится в волокно). Накачка света может осуществляться непосредственно в сердцевину, или во внутреннюю оболочку волокна в мощных лазерах.

Для сварки используют твердотельные, газовые и волоконные лазеры импульсного и непрерывного действия.

Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции. Лазерный луч легко управляется и регулируется, с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. В отличие от электронного луча и электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва. Из-за высокой концентрации энергии (в пятне диаметром 0,1 мм и менее) в процессе лазерной сварки объем сварочной ванны небольшой, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения.

Скорость лазерной сварки непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением. Например, стальной лист толщиной 20 мм электрической дугой сваривают со скоростью 15 м/ч за 5...8 проходов, ширина шва получается 20 мм. Непрерывным лазерным лучом этот лист сваривается со скоростью 100 м/ч за 1 проход, получают ширину шва 5 мм.

Ниже показан волоконный лазер на 2 кВт, вид и макроструктура сварного шва при лазерной сварке твердотельным лазером мощностью 2,2 кВт.

  • Facebook Clean
  • Twitter Clean
  • White Google+ Icon

 

© 2012-2019  Дизайн IWM