ЛАЗЕР СЛУЖИТ ЧЕЛОВЕКУ

ЛАЗЕР СЛУЖИТ ЧЕЛОВЕКУ
Одной из основных характеристик излучения лазера является его
интенсивность. С момента изобретения лазера в 1950-ых годах узнали, что
интенсивные лазерные лучи, скорее всего, смогут стать хорошим способом
внесения больших количеств энергии в материалы в производственных
целях. Та потенциальная возможность теперь стала зрелой технологией. За
прошлое десятилетие мощные лазеры стали применяться во многих
производственных процессах: сварка автомобильных частей, электронных
устройств и медицинских приборов; закаливание деталей автомобиля и
самолета для улучшения их поверхностных свойств; раскрой листового
металла в прессовочном и штамповочном производстве и сверление
маленьких отверстий (от 007 до 05 дюйма) в деталях самолета для
охлаждения. Во всех этих операциях лазерные системы позволили сделать
производство более эффективными и уменьшить затраты.
В производстве лазеры используются в основном как устройства,
способные к приложению к поверхности заготовки энергии чрезвычайно
сильного потока. В этой роли они имеют существенные преимущества перед
такими широко используемыми источниками высокой температуры как
огонь, сварочные горелки, электрические дуги и плазменная струя. Среди
этих преимуществ следует отметить такие: продукт более высокого качества
(что означает как лучшее выполнение, так и сокращение числа деталей,
которые должны быть переделаны или выброшены); уменьшенные издержки
на материалы, рабочую силу и обработку; высокая производительность
(вместе с уменьшением рабочего пространства и издержек на амортизацию);
лучшие производственные условия, гибкость и разносторонность лазера и
системы производства, основанной на нем.
Все чаще и чаще говорят о двух классах мощных лазеров, легком и
тяжелом. Классификация зависит главным образом от мощности. Легкие
лазеры работают в диапазоне от нескольких десятков ватт до нескольких
сотен. Они используются в такой работе как вырезка и сверление
керамических оснований при производстве электроники, сверление рубинов
при изготовлении часов и в резке не только по металлу, но также и по ткани,
пластмассе и дереву в различных видах промышленности. Многие из лазеров
представляют собой достаточно небольшие твердотельные устройства:
рубиновый лазер (с длиной волны 69 микрометров), лазеры из неодимового
стекла и неодимовый иттрий-алюминиевый гранат лазеры (оба с длиной
волны 1.06 микрометров в инфракрасном диапазоне частот). Волны такой
длины хорошо соединяются с большинством металлов, позволяя применить
их в сварке, сверлении, вырезке и закаливании.
Легкий класс лазеров также включает некоторые газовые лазеры (аргон
и углекислый газ), которыми управляют главным образом в режиме
непрерывной волны. Луч, испускаемый газовым лазером, имеет почти
полную коллимацию, то есть, имеет небольшое расхождение, которое
характеризует луч, скажем, фонаря. Следовательно, луч может быть
сконцентрирован на маленьком участке (варьирующемся от микрометров до
части миллиметра), таким образом, создавая луч большой мощности. Эти
характеристики важны, особенно при необходимости глубокого
проникновения.
Тяжелые лазеры имеют мощность от нескольких киловатт до
нескольких десятков киловатт. Тяжелые лазеры на производстве
используются в сверхмощной обработке, типа сварки трубопроводов, сварки
автомобильных частей, в термообработке поверхности, такие деталей, как
коленчатые валы и шлаковые стены больших дизельных моторов. Обработка
укрепляет поверхность, увеличивая сопротивление детали износу.
Большинство сверхмощных лазеров - лазеры углекислого газа, работающие в
непрерывном режиме.
Высокая плотность потока электромагнитной энергии лазера,
применяемая к поверхности заготовки поглощается внешним уровнем
толщиной приблизительно 10 нанометров (0,000001 миллиметра). В этом
тоном слое образуется источник тепла очень высокой интенсивности.
Преимуществом лазера является то, что эта энергия тепла удерживается и
направляется в работу именно в то место, где эта работа должна быть
выполнена. По этой причине эффективность такой энергии очень высока,
она от 10 до 1000 раз больше, чем эффективность обычных систем, где
нагреву подвергается пропорционально большая площадь заготовки. Таким
образом, лазерные системы позволяют достичь исключительно
высокоскоростной обработки и уникальных рабочих свойств.
Еще одним важным преимуществом лазера является то, что он не
повреждает части, так как лазер создает высокую температуру быстрее, чем
обычный источник тепла из-за высокой удельной мощности луча. Поэтому
тепло не имеет времени для нагрева детали. Обычные источники нагревают
гораздо большую площадь заготовки, чем необходимо, вызывая
вынужденную тепловую деформацию, трещины или нагрузки, которые
могут повредить деталь, заставляя переделывать или выбрасывать ее, или
ухудшают эксплуатационные свойства детали. Экономическое значение
очевидно для дорогостоящих незаконченных деталей, таких как зубчатая
передача, зубья которой должны быть закалены. Турбинные лезвия
реактивного двигателя, в которых охлаждающие отверстия должны быть
просверлены и блоки двигателя, чьи отверстия в блоке цилиндров должны
быть закалены изнутри.
Все эти преимущества следуют из чрезвычайно высокой удельной
мощности лазерного луча. Некоторые другие преимущества делают
лазерный луч очень гибким инструментом и объясняют, почему лазеры
могут часто использоваться с хорошими результатами даже на уровне
мощности, доступной для обычных источников. Луч не имеет массы, может
легко перевозиться, он контролируется с коротким временем отклика. Он
может быть легко приспособлен в автоматизированных процессах. Он
действует на расстоянии, устраняя или уменьшая проблемы механического
вмешательства. К тому же, он не вызывает механическую реакцию, так что
заготовка не вибрирует и не должна быть зажата. Наконец, лазерная
технология обеспечивает чистую и быструю обработку, которая совместима
с рабочими местами по производственной линии. В результате технология
имеет существенное значение для логистики и компактности
производственной системы.
Эти преимущества становятся очевидными в определенных задачах,
которые лазер может выполнять в производстве, таких как сверление; снятие
заусенцев, вырезка, сварка и закаливание. Существующие достижения в
лазерной технологии внушительны, но это только начало ожидаемого вклада
лазерных систем в развитие промышленности.