Лазерная обработка отверстий

Применение лазерной технологии для прошивки отверстий в машиностроении связано с тем, что механическое сверление отверстий малого диаметра сопряжено с определенными трудностями, степень которых возрастает при обработке современных твердых и жаропрочных материалов.

Лазерная обработка отверстий производится на установках, работающих в импульсном и непрерывном режимах излучения. Применяемые плотности мощности колеблются в пределах 10⁷ Вт/см². При этом глубина отверстия и его форма зависят от фокусного расстояния линзы, положения фокальной плоскости относительно поверхности заготовки, энергии излучения и других факторов. Поэтому в зависимости от свойств обрабатываемого материала, размеров отверстий, точности отверстий необходимо выбирать соответствующие режимы и методы обработки.

Лазерная обработка наиболее эффективна при изготовлении небольших (до 1мм) отверстий на труднообрабатываемых материалах, например, в алмазных фильерах, рубиновых часовых камнях и т.д.

Отверстия до 1 мм, как правило, получают за счет копирования формы сфокусированного пучка лазерного излучения, а большего диаметра — за счет обработки по кольцевому контуру.

Грубые отверстия при импульсной обработке можно получать за счет вырезания обходом по контуру подобно высверливанию.

Лазерная сварка

Применение лазеров существенно расширяет возможности технологического процесса сварки. С помощью лазеров можно сваривать конструкционные стали и сплавы (титановые, медные, алюминиевые и др.), неметаллы (полиэтилен, полихлорвинил, искусственные ткани и т. п.).

В основе лазерной сварки лежит процесс быстрого нагрева малых объемов металла до расплавления, что становится возможным благодаря высокой концентрации энергии в лазерном луче.

Сварка заготовок происходит после достижения на поверхности металла температуры, равной точке его плавления. В зоне воздействия лазерного луча в поверхностном слое материала начинается плавление и перемещение жидкой фазы в глубь свариваемых заготовок. Образуется сварочная ванна, которая проникает на определенную глубину. При перемещении лазерного луча вдоль свариваемых поверхностей формируется сварочный шов.

Основные параметры, которые определяют возможность образования сварного шва — мощность лазерного излучения и время воздействия луча на данном участке. Процесс сварки осуществляется при плотностях мощности примерно 10⁵–10⁶ Вт/см². Меньшие плотности не обеспечивают плавления металла вследствие высокой теплопроводности, большие могут вызвать испарение и выброс материала из зоны сварки.

Лазерная сварка имеет ряд достоинств: отсутствие контактных воздействий; высокая концентрация энергии; малая продолжительность воздействия лазерного луча в данном участке. Это приводит к существенному снижению зоны термовлияния по сравнению с дуговой сваркой и, как следствие, к малым температурным деформациям; отпадает необходимость применения флюсов при сварке конструкционных сталей и вакуумных камер при сварке химически активных металлов (например, Ti сплавов); cварка ведется, либо на воздухе, либо в среде защитных газов (Аг, Не и др.); cварка осуществляется в различных пространственных положениях и в труднодоступных местах, например, внутри вакуумных приборов через окна, прозрачные для лазерного излучения; возможность вести сварку без присадочного материала; сварка тонкостенных и миниатюрных деталей, возможность сварки традиционно несвариваемых материалов.

Лазерная сварка цветных металлов с успехом заменяет им процесс пайки. Исключается необходимость использования дорогостоящих припоев. Кроме того, процесс лазерной сварки более экологически чист, чем пайка, так как не требуется применение флюсов.

К недостаткам лазерной сварки можно отнести необходимость повышенной точности, как подгонки деталей, так и позиционирования свариваемых деталей относительно луча лазера.