Принцип устройства лазеров. Особенности технологи сварки.

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 19Следующая ⇒

При лазерной сварке в качестве источника тепла используется интенсивный остронаправленный пучок света, излучаемый оптическим квантовым генератором.

В основу принципа работы оптического квантового генератора и усилителя положено индуцированное излучение, которое связано с поглощением электромагнитных волн или фотонов атомными системами. При поглощении фотона его энергия передается атому, который переходит в возбужденное квантовое состояние. Через некоторый промежуток времени атом может спонтанно излучить эту энергию в виде фотона и возвратиться в основное состояние. Пока атом находится в возбужденном состоянии, его можно побудить испустить фотон под воздействием внешнего фотона (" падающей волны" ), энергия которого в точности равна энергии фотона, испускаемого при спонтанном излучении. Такое излучение называется индуцированным. В результате падающая волна усиливается волной, излучаемой возбужденным атомом. Важным в этом процессе является то, что испускаемая волна в точности совпадает по фазе с той, под действием которой она возникла. Это явление используется в квантовых усилителях. Квантовые генераторы преобразуют электрическую, световую, тепловую или химическую энергию в монохроматическое когерентное излучение электромагнитных волн: ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазона.

Принцип работы оптического квантового генератора целесообразно рассмотреть на примере лазера, использующего рубин в качестве излучателя. Рубин - это окись алюминия, в которой небольшое число атомов алюминия замещено атомами хрома. Обычно в квантовых генераторах используют бледно-розовый рубин, содержащий 0, 05 % хрома.

Используемый в лазере розовый кристалл рубина обрабатывается в виде стержня. Его торцы полируют до получения оптически плоской поверхности, затем их подвергают серебрению для получения отражающих поверхностей. Выходной конец кристалла является полупрозрачным. Рубиновый стерженек помещают вблизи электронной лампы вспышки, служащей источником широкополосного света для оптической накачки. В квантовом генераторе на кристалле рубина атомы хрома, находящиеся в исходном состоянии (1), поглощают фотоны и переходят на один из расположенных выше уровней (2). Часть энергии они передают кристаллической решетке, вызывая повышение температуры, и переходят при этом на метастабильный уровень (3).

Затем под действием индуцирующих фотонов, испускаемых другими атомами хрома, они излучают фотоны характеристической длины волны, возвращаясь опять в исходное состояние.

При освещении лампой (вспышками) рубинового стержня большинство атомов хрома переводится в возбужденное состояние. При спонтанном испускании возбужденным атомом фотона параллельно оси кристалла фотон побуждает другой возбужденный атом испустить второй фотон (индуцированный). Этот процесс продолжается лавинообразно, поскольку фотоны, отражаясь от торцов кристалла, движутся по кристаллу в осевом направлении. Интенсивность пучка растет в результате многократного отражения от обоих торцов стержня. В этом случае, если интенсивность света от импульсной лампы превысит некоторый критический уровень, начинает появляться эффект квантового усиления, и тогда с полупрозрачного торца в течение тысячных долей секунды выбрасывается интенсивный поток фотонов. Выходной пучок является узконаправленным, мощным, монохроматическим и когерентным.

Излучение является узконаправленным вследствие того, что испускаются волны, лишь многократно отраженные и не испытавшие сколько-нибудь существенного отклонения от оси рубина. Излучение является мощным, так как индуцированное излучение возбужденных атомов происходит гораздо раньше, чем произошло бы спонтанное излучение.

Преимущества лазерной сварки: Возможность получения швов с минимальным расплавлением металла и, как следствие, минимальными остаточными напряжениями и деформациями в конструкциях. Кроме того, при этом удается достичь минимума отрицательного воздействия на структуру и свойства зоны термического влияния соединения. Возможность сварки вне вакуума, через прозрачные среды, в труднодоступных местах.

Недостатки лазерной сварки: Относительно низкий КПД лазерных установок. Значительно меньшие мощность и возможность сварки металлов больших толщин по сравнению с ЭЛС.

Особенности технологии лазерной сварки связаны, в основном, с необходимостью снизить отражение луча от поверхности свариваемого металла, исключить выброс металла из сварочной ванны под воздействием паров интенсивно испаряющегося металла и выделяющихся из него газов, при сварке больших толщин металлов - с необходимостью защиты сварочной ванны от взаимодействия с воздухом.

100. Причины возникновения перемещений сварных конструкций балочного типа. Способы предотвращения перемещений.

Перемещение - изменение координаты точки изделия в пространстве.

При сварке, например, таврового профиля, точки в районе сварного шва на вертикальной стенке нагреваются больше, чем на горизонтальной полке. Это происходит потому, что теплоотвод от района шва в полке происходит в две стороны, а в стенке - в одну. В результате продольное перемещение точек стенки превосходит перемещение точек полки, а разница перемещений Δ х фиксируется кристаллизующимся швом. Аналогичные явления возникают при сварке внахлестку.

Чтобы избежать негативных последствий относительного продольного смещения свариваемых элементов, например, в длинномерных мостовых балках, принимают меры по регулированию теплоотвода в отдельные элементы.

Перемещения Δ х несмотря на их малые абсолютные значения, могут заметно влиять на остаточное скручивание свариваемых элементов.

Кручение сварных конструкций наиболее часто наблюдается при изготовлении балок, рам, панелей. В качестве примеров этого явления можно привести искажения формы крестообразной и коробчатой балок (рис.).

Относительное смещение свариваемых элементов Δ х, являясь причиной скручивания при сварке швов 1 и 4 балки коробчатого сечения, закручивает балку в одну сторону, а при сварке швов 2 и 3 - в другую. Однако, результирующее скручивание не равно нулю в связи с неодновременностью заварки швов. Более того, если швы 1 и 4 сварить в одном направлении, а швы 2 и 3 - в противоположном, то закручивание от всех четырех швов суммируется.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒