ММК Спецтехнология ЛА 2013

Активное вещество (стержень) 2, являющееся источником индуцированного излучения, помещено между двумя зеркалами 1 и 3. Зеркало 1 отражает все падающие на него лучи, а зеркало 3 полупрозрачное. Источником возбуждения (накачки) светового потока является газоразрядная лампа-вспышка 4, которая для усиления облучения рабочего вещества помещается вместе с ним внутри отражающего кожуха 5. Питание лампы-вспышки осуществляется от специальной высоковольтной батареи конденсаторов 6.

В качестве активного вещества используется синтетический рубин (или итриево-алюминиевый гранат, неодимовое стекло). Торцы рубинового стержня полируются до оптически ровных поверхностей и должны быть строго параллельны. Один торец покрыт плотным слоем серебра, непроницаемым для света, а другой, также покрытый серебром, полупроницаемый. Энергия излучения подается перпендикулярно оси излучения. Импульсная лампа посылает на рубиновый стержень поток фотонов с длиной волны 410... 500 нм.

Фотоны проникают в рубиновый стержень и, действуя на атомы хрома, возбуждают их, т. е. переводят электроны на более высокий энергетический уровень, не могут на нем удержаться и сразу же переходят на промежуточный уровень без излучения. Когда на промежуточном энергетическом уровне скопится более половины всех возбужденных электронов, происходит лавинный переход их с этого уровня на исходный. В теле кристалла рубина индуцируется световой поток, который, проходя вдоль стержня и многократно отражаясь от торцев, достигает большой интенсивности. Выходящие лучи фокусируются оптической системой 7 и с высокими плотностью и концентрацией энергии направляются на обрабатываемый материал 8.

В качестве активного вещества в газовых лазерах могут использоваться аргон, неон, криптон, ксенон, смеси гелия и неона, углекислого газа, азота и гелия.

Лазер является тепловым источником с плотностью излучаемой энергии 106...108 Вт/см2. Удельная мощность луча лазера с энергией 1 Дж, длительностью импульса 10-3 с и диаметром 0,12 мм равна 9*106 Вт/см2. Уменьшая диаметр луча можно довести удельную мощность до 109 Вт/см2.

Основные достоинства лазера:

•передача энергии в виде светового луча на расстояние;

•отсутствие механического и электрического контакта между источником энергии и деталью (луч является инструментом);

•высокая концентрация энергии и большая температура в пятне нагрева, и малые размеры зоны обработки;

•импульсное (до 10-9 с) непрерывное излучение.

Все это, несмотря на сложность и высокую стоимость оборудования, обеспечило широкое применение лазера при производстве ДЛА и ЛА.

Лазеры применяются для получения отверстий в форсунках, жиклерах и других расходных элементах; изготовления фильтров (в том числе тонкой очистки); перфорации охлаждаемых лопаток и элементов камер сгорания; раскроя листов из титановых сплавов, коррозионно-стойких сталей и композиционных материалов.

Прошивка отверстий - это одна из первых операций по применению лазера. Диапазон отверстий, прошиваемых лучом лазера, составляет 10...500 мкм, глубина прошивки 5...10 мм (при отношении глубины к диаметру 20 : 50),

Лазерная прошивка отверстий легко автоматизируется, может использоваться для получения отверстий с малыми углами наклона, имеет высокую скорость, используется при обработке любых материалов в труднодоступных местах.

Существует ряд отечественных лазерных установок, предназначенных для прошивки отверстий, например «Квант-9М», 4222 4222Ø2 (с ЧПУ).

Экспериментально установлено, что дно отверстия при лазерной обработке формируется за счет испарения, а боковые стенки за счет плавления обрабатываемой детали и вытекания жидкости при избыточном давлении паров в полости отверстия.

Для получения глубоких отверстий с малыми диаметрами (при большом отношении глубины к диаметру) целесообразно применять многоимпульсный режим обработки, при этом энергия единичного импульса может быть незначительной.

Лазеры на углекислом газе применяются для резки и раскроя различных листовых материалов. Одновременно с лазерным лучом подается струя рабочего газа, например, при обработке металлов это кислород. Происходящая при этом экзотермическая реакция позволяет интенсифицировать процесс резки.

Для лазерного способа резки характерны высокая производительность (скорость резки 5...10 м/мин), малая ширина реза (0,3. .. 0,8 мм), небольшая глубина зоны термического влияния (300...500 мкм), что позволяет свести до минимума отходы обработки.

Резку листов конструкционной стали толщиной 1 мм лазером мощностью всего 700 Вт можно производить со скоростью 7...9 м/мин. Скорость резки зависит от мощности лазера, толщины листа и содержания легирующих элементов (табл. 8.1).

Отечественная промышленность выпускает газовые лазеры мощностью

40 Вт (ЛГ-22), 100 Вт («Квинтет»), 800 Вт («Кардамон»).

Перспективно применение лазера для упрочнения и легирования отдельных элементов деталей ТНА, а также для динамической балансировки роторов турбин в автоматическом режиме.

Электронно-лучевая обработка (ЭЛО)

ЭЛО основана на том, что излучаемые катодом электроны (в высоком вакууме) ускоряются мощным электрическим полем, фокусируются в узкий пучок и направляются на обрабатываемую деталь. Сталкиваясь с деталью, электроны тормозятся, их кинетическая энергия превращается в тепловую. Материал в этом месте нагревается, плавится и испаряется. Схема электронно-лучевой установки, используемой для размерной обработки, показана на рис. 8.10.

Рисунок 8.10. Схема электронно-лучевой установки

Обозначения на рис. 8.10:

1 – катод; 2 – анод; 3 – магнитная линза; 4 – отклоняющая система;

5 – рабочая камера; 6 – деталь; 7 – вакуумный насос; 8 – управляющий электрод; 9 – электронный луч; 10 – система наблюдения