1.2. Методы повышения качества лазерной обработки

1.2.1. Параметры технологических лазеров и лазерного излучения.

Наиболее важными параметрами лазеров являются:

• Вид воздействия – непрерывный или импульсный;

• Мощность излучения, P;

• Длина волны, λ;

• Длительность импульса, τ;

• Частота следования импульсов, f;

• Пространственные характеристики модовой структуры излучения;

• Расходимость пучка, α.

Сперва рассмотрим, какой вид воздействия является более предпочтительным для лазерной микрообработки с энергетической точки зрения и с точки зрения качества.

С использованием формул для вычисления пороговой плотности мощности испарения в зависимости от тепловых параметров обрабатываемого материала и параметров лазерного луча можно показать, что средняя мощность лазерного излучения в импульсном режиме значительно выше, чем в непрерывном.

Для анализа влияния вида воздействия на качество обработки необходимо сделать вывод о его воздействии на поведение жидкой фазы.

Количество жидкой фазы пропорционально . Соответственно, минимальное количество жидкой фазы образуется при минимальной длительности импульса.

Количество жидкой фазы, удаляемой из зоны обработки (зоны реза) в ходе процесса за счет давления паров, должно быть максимальным, следовательно должно быть максимальным давление паров. Давление пара отдачи пропорционально , то есть обратно пропорционально длительности импульса.

Очевидно, что для достижения наивысшего качества обработки следует минимизировать время воздействия – продолжительности импульса.

Мощность излучения при обработке должна быть достаточной для расплавления обрабатываемого материала, то есть зависит от параметров обрабатываемого материала. Типичная необходимая мощность лазерного облучения составляет порядка 1кВт.

Длина волны должна лежать в области большой поглотительной способности материала, зависящей от оптических характеристик обрабатываемого материала. Для металлов – это длины волн видимой части спектра.

Длительность импульса, как было сказано выше, непосредственно влияет на качество лазерной обработки. От нее зависят следующие характеристики процесса лазерной обработки:

• Глубина проплавленного слоя,

• Величина давления отдачи паров,

• Величина термомеханических напряжений,

• Эффект экранирования падающего излучения парами

• Стабильность размеров облучаемой площадки

• Стабильность пороговой плотности мощности.

По всем этим причинам чем меньше длительность импульса, тем выше качество обработки (в пределах справедливости тепловой модели, до ).

Частота следования импульсов f влияет на температуру материала, которая меняется после окончания каждого импульса, и средняя температура может понижаться, но если частота следования больше , то изменения Т не будет наблюдаться, и, таким образом, результат воздействия будет зависеть только от мощности и энергии отдельных импульсов.

Также от f может зависеть экранирующий эффект падающего излучения, если .

Таким образом, наиболее важная роль частоты следования импульсов f состоит в ее прямом влиянии на производительность микробработки, выбор типичных технологических операций и экранирование зоны воздействия (при многоимпульсных или высокочастотных процессах).

К лазерам и лазерному излучению также предъявляются следующие требования:

1. Высокая однородность и стабильность параметров излучения,

2. Эффективность (кпд),

3. Высокие эксплуатационные характеристики: достаточный ресурс и надежность, минимальный размер и вес, простая конструкция.

4. Экономическая эффективность.