Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Достоинства и недостатки ЭЛС



Посравнению, с дуговой сваркой плавлением ЭЛС имеет следующие преимущества.

- Широкий диапазон толщин свариваемых деталей — от долей миллиметра до 300 мм и более.

- Жесткий термический цикл с высокими скоростями нагрева и охлаждения дает возможность получения узких («кинжальных») швов с глубоким проплавлением с требуемым коэффициентом формы шва (отношение глубины проплавления к ширине шва), существенно уменьшить зону термического влияния (ЗТВ). Это позволяет снизить кинетику фазовых и структурных превращений в околошовной зоне, приводящих к разупрочнению материала, трещинообразованию, снижению коррозионной стойкости и т. д.

- Сваркаввакууме позволяет получать максимальную степень чистоты и высокие физико-механические свойства металла шва.

- Существенное снижение уровня напряжений и остаточных деформаций сварных конструкций.

- Возможность получения сварных соединений различных типов, в том числе принципиально новых, трудновыполнимых традиционными способами сварки плавлением.

- Отсутствие неплавящегося электрода, близко расположенного к поверхности сварочной ванны, исключает попадание в нее тугоплавких элементов, что практически во всех случаях имеет место, например, при аргонодуговой сварке.

- Высокие скорости сварки (до 9...11 м/мин) обеспечивают увеличение производительности процесса, в десятки раз превышающую производительность дуговой сварки.

- Острая фокусировка луча и возможность передачи его на значительные расстояния позволяют осуществлять сварку в труднодоступных местах, например, в углублениях гофрированных конструкций, внутренних полостей и т. д.

- Высокая степень механизации процесса.

В качестве основных недостатков присущих ЭЛС можно отметить:

- Относительно высокая стоимость оборудования.

- Высокие требования к точности сборки деталей перед сваркой.

- Большой процент подготовительного и заключительного времени процесса сварки (создание вакуумной атмосферы, наведение луча на стык, разряжения атмосферы для съема готового изделия и др.).

- При необходимости сварки больших толщин (более 60 мм) существует вероятность возникновения жесткого излучения и, следовательно, опасность проникающей радиации, что требует принятия мер дополнительной комплексной защиты.

- Высокие требования к квалификации и опыту персонала, обслуживающего установки ЭЛС.

Лазерная сварка материалов

Лазерная сварка (52*) - сварка плавлением, при которой для нагрева используется монохроматический когерентный луч света.

Принцип действия лазера

Лазер - генератор когерентного света.

Основные свойства когерентной волны: постоянные длина и час­тота, плоский фронт и идеальнаяполяризация. И как следствие, эта волна монохроматична и имеет малую расходимость луча, что позволяет фокусировать когерентное излучение в пятно площадью 10-3... 10.-3 мм2 и получать удельную энергию 106...108 Вт/мм2.

Относительно ядра 1 электроны атома могут находиться на строго определенных энергетических уровнях (уровни с энергиейЕ1, Е2... Е k, рис. 4.3).

Рис. 4.3. Энергетический спектр атома: 1 - ядро; 2 - основной уровень; 3 - возбужденные уровни; 4, 5 - переходы электрона с уровня на уровень; Е1, Е2... Е n, Е m. - энергия соответствующих уровней; Ев и Еи - энергия возбуждения и излучения.

Нижний уровень 2 – с минимальной энергией – называется основным, остальные –возбужденными3.Энергетический спектр атома зависит от его структуры. Число атомов, обладающих данной энергией, называютнаселенностьюуровня.

Если атому, находящемуся на уровне Е n, сообщить энергиюЕв, он может перейти на более высокий уровеньЕ m. Также возможен переход: Е mЕ n, при этом излучается порция энергии в виде кванта света (фотона) - спонтанный процесс излучения. При таком переходе частота кванта ν mn равна:

(4.1)

где: h - постоянная Планка (6, 62607·10-34Дж·с).

Эти спонтанные процессы излучения лежат в основе свечения нагретых тел и газов. В процессе спонтанных переходов кванты света хаотически испускаются в виде волновых цугов (пакетов). Цуги не согласованы друг с другом во времени, т.е. имеют различную фазу. Поэтому спонтанное излучение некогерентно.

Если на атом воздействовать внешнимбыстропеременным электромагнитным полем (например света), то возможно вынужденное (индуцированное) излучение (ИИ).

Поддействием внешней электромагнитной волны атом излучает вторичную волну, у которой частота, поляризация, направление распространения и фаза полностью совпадают с характеристиками внешней волны, действующей на атом. Явление вынужденного излучения дает возможность управлять излучением атомов с помощью электромагнитных волн и таким путем усиливать и генерировать когерентный свет. Для практического осуществления ИИ необходимо выдержать четыре условия.

1. Резонанс - совпадение частоты падающего света с одной из частот энергетического спектра атома. Это условие выполняется самой природой атомов. При переходе с верхней орбиты (m) на более низкую (n) частота испускаемого фотона (4.1) соответствует переходу между аналогичными уровнями другого такого же атома, т.к. энергетический спектр одинаковых атомов абсолютно идентичен.В результате совокупность атомов испустит интенсивную когерентную световую волну, т.е. будет осуществлена генерация когерентного света.

 2. Для генерации ИИ необходимо, чтобы число атомов на верхнем уровне mбыло больше числа атомов на нижнем уровне n. между которыми происходит переход. Это условие связано с населенностью различных уровней. Одновременно с вынужденным излучением электронов на верхнем уровне происходит резонансное поглощение электронов на нижнем уровне. Для возникновения ИИ необходимо чтобы число атомов на верхнем уровне m было больше числа атомов на нижнем уровне n, между которыми происходит переход. В естественных условиях на более высоком уровне при любой температуре меньше частиц, чем на более низком. Поэтому для возбуждения ИИ необходимо принять специальные меры по увеличению положительной разницы числа атомов на верхнем и нижнем уровнях (активное или инверсированное состояние вещества).

3. Для обеспечения лавинообразного излучения фотонов необходимо чтобы часть излучаемой световой энергии все время оставалась внутри рабочего вещества, вызывая вынужденное излучение света все новыми и новыми ато­мами.

Это условие выполняется за счет размещения рабочего вещества 3 в емкость с непрозрачными зеркальными стенками 2(рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема лавинообразного возбуждения ИИ: 1 - непрозрачное зеркало; 2 - непрозрачные зеркальные стенки; 3 - рабочее вещество*; 4 - полупрозрачное зеркало; 5 - генерируемый свет (световой поток); 6 - энергия " накачки" **.

* Вещество рабочего тела - активная среда, в которой происходит квантово - механическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Определяет основные характеристики излучения лазера: в первую очередь, длину волны его излучения и мощность, а также длительность импульса (для импульсных лазеров).

** Энергия «накачки» – энергия (световая, электрическая, тепловая, химическая и др.) поглощаемая атомами рабочей среды, превышающая по мощности некоторый пороговый уровень генерации лазера.

Торцы емкости закрывают с одной стороны непрозрачным зеркалом 1, другой - полупрозрачным зеркалом 4.Испущенная в каком-либо месте в резуль­тате спонтанного перехода атома световая волна усиливается за счет вынужденного испускания при распространении ее через рабочее вещество3. Часть света за счет отражения от стенок 2 и от зеркал 1 и 4 дает начало новой лавине фотонов с характеристиками не отличающимися от первоначальной волны. Часть суммарной волны пройдя через полупрозрачное зеркало 4 даст поток 5.

4. Достаточно большая (пороговая) генерация света.

Часть светового потока, падающего на зеркало 4 отражается назад. Энергия этой части светового потока, усиленная на двойном расстоянии между зеркалами 1 и 4 (один проход) должна быть больше, чем энергия отраженного потока. В этом случае будет нарастание светового потока от прохода к проходу.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-06-19; Просмотров: 224; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.014 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь