Использование лазеров в промышленных целях

Задача резки металла возникает во многих производствах. Одна из наиболее эффективных технологий, которые применяются для ее решения, это лазерная резка металла. Резку в этом случае обеспечивает энергия луча, испускаемого мощным лазером (оптическим квантовым генератором). Лучи фокусируются и создают в зоне контакта с металлом сверхвысокие температуры, под действием которых узкая полоса материала проходит стадии нагревания, плавления, испарения и образования плазмы. По сравнению с механическими способами резки в данном случае деформация металла минимальна, что позволяет обеспечивать высокую степень точности. Лазерная резка позволяет получить контуры самой сложной геометрии с высокой скоростью и максимальной точностью.

В производстве используются различные типы лазеров. Обязательными элементами любого лазера, являются активная среда, система накачки и оптический резонатор. По активной (рабочей) среде различают лазеры на красителях, на парах металлов, газовые, твердотельные, полупроводниковые. Далеко не все из них применимы для резки. Например, гелий-неоновые лазеры используются в метрологии, в частности, в интерферометрах, позволяющих производить точные измерения в машиностроении, оценку качества оптических поверхностей. Псевдо-никелево-самариевые устройства позволяют создавать микроскопы сверхвысокого разрешения. Для резки, гравировки, сварки используются такие газовые лазеры как углекислотные, на монооксиде углерода, химические на кислороде и йоде. Среди твердотельных лазеров можно выделить Nd:Glass — неодимовые на стекле, Nd:YAG— алюмо-иттриевые с добавкой неодима и волоконные. Устройства могут работать в непрерывном или импульсном режимах. В первом случае мощность остается постоянной, во втором — мощность достигает максимума на пике излучения.

Одной из характеристик лазеров является длина волны. Устройства с короткой волной (880 - 1040 нм) позволяют лучше сфокусировать лучи, и, следовательно, обеспечить более точную резку и меньшую шероховатость, чем лазеры с длинной волной (10,6 мкм). Для резки толстых материалов используются длинноволновые лазеры (прежде всего углекислотные), так как при малом размере пятна луча из зоны резки труднее отводить металл. Тонкие материалы рациональнее резать коротковолновым лазером (твердотельным или волоконным) и достигать при этом максимальной скорости обработки. Мощность вспышки находится в обратной зависимости от длины волны, поэтому наименьшее время на создание мощного изучения затрачивается в твердотельных устройствах. В производственных условиях более информативной характеристикой лазеров является плотность мощности (Вт/см2).