ПРОМИСЛОВІ ЛАЗЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВІ ЛАЗЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА

ПРОМИСЛОВІ ЛАЗЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ

ПРОМИСЛОВІ ЛАЗЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ ЛАЗЕРНЕ ПАЯННЯ ТВЕРДИМ ПРИПОЄМ ЛАЗЕРНЕ ЗВАРЮВАННЯ МАТЕРІАЛІВ ЗА РАХУНОК ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ЛАЗЕРНЕ ЗВАРЮВАННЯ МАТЕРІАЛІВ З ГЛИБОКИМ ПРОПЛАВЛЕННЯМ ЛАЗЕРНЕ РІЗАННЯ МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНЕ СВЕРЛІННЯ ОТВОРІВ В МАТЕРІАЛАХ ЛАЗЕРНЕ БАЛАНСУВАННЯ ЛАЗЕРНЕ МАРКУВАННЯ ВИРОБІВ З РІЗНИХ МАТЕРІАЛІВ (НАНЕСЕННЯ ШТРИХКОДІВ) ЛАЗЕРНЕ ШВИДКЕ ПРОТОТИПУВАННЯ 10. ЛАЗЕРНЕ ПІДГОНКА 11. ЛАЗЕРНЕ МАРКУВАННЯ ВИРОБІВ (НАНЕСЕННЯ ЛОГОТИПІВ ФІРМ) 12. ЛАЗЕР ТА ВОЛОКОННІ ЛІНІЇ ЗВ”ЯЗКУ 13. ЛАЗЕР ТА ФОТОЛІИТОГРАФІЯ 14. ЛАЗЕР ТА ПЛОСКІ ПАНЕЛІ ДИСПЛЕЇВ 15. ЛАЗЕР ТА ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНІ НАДПРОВІДНИКИ 16. ЛАЗЕР ТА ВИГОТОВЛЕННЯ МІКРОСТРУКТУР 17. ЛАЗЕР ТА ВИГОТОВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОННИХ СХЕМ 18. ЛАЗЕР ТА ВИГОТОВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОННИХ СХЕМ: ЛАЗЕРНА ОБРОБКА КЕРАМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ 19. ЛАЗЕРНЕ НАПИЛЕНЯ ПЛІВОК ТА ЛАЗЕРНЕ ЛЕГУВАННЯ

Advanced Laser Application Field in FPD Manufacturing Process patterning- літографія, repair- ремонт, відновленя, packaging-герметизація (зварювання) cutting - різання

Застосування різних типів лазерів в технологічних процесах

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ Лазерний промінь має надзвичайно високу монохроматичність та направленість, що дає можливість з допомогою звичайних оптичних систем фокусувати його на ділянку з характерними розмерами (в межах порядку довхини хвилі), досягаючи про цьому рекордно високі густини потоків випромінювання. Сучасні неперервні лазери забезпечують інтенсивність сфокусированого випромінювання на рівні до 1010 Вт/см2, а в імпульсних системах, які застосовуються, наприклад, для досліджень в галузі лазерного термоядерного синтезу, ця величина досягає значень 1016—1017 Вт/см2. Для порівняння : средня інтенсивність сонячного випромінювання на поверхні Землі стаеновить біля 0,1 Вт/см2, а при фокусуванні її можливо збільшити до 10 Вт/см2.

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ Високая інтенсивність лазерного випромінювання відкриває широкі можливості його технологічних застосувань в якості інструменту для локальної термообработки. Лазерний промінь — це унікальне теплове джерело, яке здатне нагріти ділянку деталі, яка опромінюється до високих температур за дуже малий час, на протязі якого тепло практично не встигає “зникнути”. Ділянка, яка нагрівається при цьому може бути - розмягчена, - рекристалізована, - розплавлена, - випарована

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ Дозуючи теплові навантаження шляхом регулювання потужності та тривалості дії лазерного випромінювання на матеріал, можливо забезпечити практично будь-який температурний режим та реализовати різноманітні види термообработки поверхні матеріалів. Лазерний нагрів використовується - для поверхневого гартування або легування металів, - для плавлення під час процесу зварювання, - для плавлення та випаровування з викидом парів при різці та сверлінні матеріалів, які взагалі неможливо механічно обробляти: материалов, вообще не поддающихся механической обработке,— композитов, сверхтвердых сплавов, изделий порошковой металлургии, керамики и др

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ Лазерні методи забезпечують - можливість дистанційної обробки, - можливість обробки важкодоступних ділянок готових деталей, - селективність взаємодії (например, під час термообработці) дає можливість термозміцнювати тільки ті ділянки поверхні, на яких безпосередньо зосереджуються механічні навантження, -лазерний промінь не забруднює поверхню, яка обрабляється -лазерний промінь дає можливість здійснювати прецізійне (високоточне) різання

ПОВЕХНЕВА ОБРОБКА МАТЕРІАЛІВ: ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ РІЗНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Діапазони здійснення лазерних технологічних процесів в залежності від питомої потужності часу взаємодії лазерного променя на матеріал 1. Нагрівання ( heating) : - лазерне гартування з метафізичними перетвореннями (transformation hardening) 2. Плавлення (melting ): - полірування (glazing); - зварювання (welding); - плавлення (melting); - нанесення покриття (cladding) 3. Випаровування (vapourisation): - гартування термоудапром (shoching hardening); - сверління отворів (drilling); - різання (cutting)

Діапазони здійснення лазерних технологічних процесів обробки матеріалів в залежності від питомої потужност та часу дії лазерного променя на матеріал лазерне полірування(laser glazing); нанесення покриття лазером та лазерне легування (laser cladding and alloying ); лазерне гартування з метафізичними перетвореннями (transformation hardening)

ПОВЕХНЕВА ОБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ (Laser surface treatment) Лазерне нагрівання поверхні (Heating ): Лазерний відпал (Annealing) Лазерне гартування, яке супроводжується метало - фізичними перетвореннями поверхневого шару матеріалу (Transformation hardening) Лазерне плавлення поверхні (Melting): Лазерне легування (Alloying) Лазерне полірування поверхні (Glazing) Нанесення покриття з допомогою лазера (плакування) (Cladding) Лазерне очищення поверхні від пилинок (Grain refining) Shocking – зміна фізико - механічних властивостей твердого тіла під дією ударних хвиль, які виникають внаслідок імпульсного лазерного опромінення поверхні : 1. Лазерне термомеханічне гартування під дією ударних хвиль, які виникають внаслідок імпульсного лазерного опромінення поверхні (Shocking hardening)

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ СХЕМАТИЧНЕ ЗОБРАЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ПОВЕРХНЕВОї ТЕРМООБРОБКИ МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ

Приклади використання лазерыв в технологычних процесах ЛАЗЕРНЕ ПОЛІРУВАННЯ (glazing)

ЛАЗЕРНЕ ПОЛІРУВАННЯ

ЛАЗЕРНЕ ПОЛІРУВАННЯ (GLAZED)

ЛАЗЕРНЕ ПОЛІРУВАННЯ

ЛАЗЕРНЕ ПОЛІРУВАННЯ (Polishing )

ЛАЗЕРНЕ ПОЛІРУВАННЯ (Polishing

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ Лазери великих потужностей – це ідеальний інструмент для наступних технологій обробки поверхні матеріалів: Технологія зміцнення (гартування) поверхні матеріалу Технологій термообробки поверхні матеріалів (тобто технологій, при яких відбувається поверхневої модифікації структури матеріалу)

1. ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ Технології лазерної обробки поверхні матеріалів – це технології, які базуються на локальному нагріванні тонкого шару матеріалу лазерним променем без деформації оброблюваної деталі.

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ Лазерні технології термообробки поверхні матеріалів розвиваються в трьох основних напрямках, які базуються : 1.на металургійних змінах поверхні матеріалів: лазерне зміцнення з поверхневими модифікаціями структури матеріалу (transformation hardening), лазерний відпал (гартування) поверхні (annealing), лазерне очищення поверхні від пилинок (grain refining), лазерне полірування поверхні (glazing), лазерний термоудар поверхні матеріалів (shock hardening), 2. на зміна хімічного складу поверхні матеріалів та нанесення на поверхню іншого матеріалу: лазерне легування (alloying), лазерне нанесення покриттів (cladding) 3. на лазерному плавленні поверхні матеріалів

Лазерне зміцнення з поверхневими модифікаціями структури матеріалу (transformation hardening) Рис. 6. Технологічний процес лазерного зміцнення з поверхневими модифікаціями структури матеріалу : 0,5 мм -поверхневого шару сталі марки 1045 з допомогою високопотужнього Nd: YAG – лазера: 1. Вісь абсцис – середня потужність в кВт ( average power (kW); 2. Вісь ординат – швидкість переміщення лазерного променя по поверхні матеріалу (feed rate (cm2/min) Рис. 7. Поперечний переріз структури поверхні сталі з малим вмісом вуглецю після лазерного зміцнення з поверхневими модифікаціями структури матеріалу (швидкість сканування променя по поверхні матеріалу 3,5 м/хв та діаметром лазерного плями 6 мм)

Лазерне зміцнення з поверхневими модифікаціями структури матеріалу (transformation hardening) Таблиці 1 та 2 результатів лазерного зміцнення з поверхневими модифікаціями структури сталей з малим вмістом вуглецю (Transformation hardening results (low carbon steel) Основні технічні характеристики: Потужність лазера , в кВт (power kW); Розмір плями лазерного променя на поверхні матеріалу (spot size mm); Швидкість переміщення лазерного променя по поверхні матеріалу (speed m/min); Зона гартування: ширина в мм та глибина в мм (hardening area: width (mm), depth (mm) Твердість (hardness HV 0.2) Стан поверхні (surface conditions): необвуглена (uncaoted), графітове покриття (graphite coated),

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ Технологія лазерного зміцнення (гартування) поверхні матеріалу (heat- hardening)- це технологія лазерного нагрівання поверхні матеріалу без розплавлення поверхневого шару Ця технологія базується на зміцненні поверхні матеріалу за рахунок фазових перетворень в твердому стані та застосовується для гартування поверхонь металів та неметалів. Доля лазерного випромінювання, яка поглинається поверхнею матеріалу при лазерному гартуванні залежить від коефіцінта поглинання матеріалу. В результаті технології лазерної зміцнення (гартування ) можуть бути значно покращені два види властивостей матеріалів : механічні міцність (hardness), абразивний знос (abrasion), стійкість до зношення (resistance) хімічні антикорозійні властивості (corrosion resistance )

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ Технології лазерного плавлення поверхні з введенням домішок в поверхневий шар матеріалу (Melting with addition of material) – це технології: нанесення покриття на поверхню (cladding), лазерное поверхневе сплавлення ( тобто процес вплавлення під дією лазерного випромінювання компонентів, нанесенних на поверхню основного матеріала (alloying impregnation) Технології лазерного плавлення поверхні з введенням домішок в поверхневий шар матеріалу полягають в плавленні поверхні (melting) з одночасним наплавлення іншого матеріалу ( material added) з ціллю отримання модифікованого (з властивостями відмінними від початкових) шару поверхні матеріалу,

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ Рис.8 Устакування для нанесення лазерним променем покриття (laser coating) на стальний вал діаметром 1,5 м

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ нанесення покриття на поверхню (cladding) лазерное поверхневе сплавлення (alloying impregnation) Рис. Схематичне зображення технології лазерного поверхневого сплавлення шару (Clad in substrate (L2 ) в шар (Clad substrate (L1) на підложці з сталі марки 1018 (Substrate 1018 steel): Heat affected zone HAZ – ділянка термічного впливу Таблиця . Результати лазерного поверхневого сплавлення порошкоподібних матеріалів: Powder (порошкоподібний матеріал): Stainless Steel – порошкоподібна нержавіюча сталь; Сobalt Based – порошок на основі кобальта; NiCrMo – порошкоподвбний молібден з домішками хрому та нікелю. Speed (m/min) – швидкість перемішенні лазерного променя по поверхні (м/хв), Power (kW) – потужність лазера (кВт), Dilution (%)- степінь сплавлення ( %)

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ нанесення покриття на поверхню (cladding) лазерное поверхневе сплавлення (alloying impregnation) Порівнянні двох взірців в яких відбувалось лазерне поверхневе сплавлення порошкоподібного молібдена з домішками хрому та нікелю: 1-й взірець: швикість переміщення лазерного променя по поверхні 0,45 м/хв. 2-й взірець: швикість переміщення лазерного променя по поверхні 0,70 м/хв

Нанесення покриття на поверхню (CLADDING)

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ ОСНОВНІ ПЕРЕВАГИ ТЕХНОЛОГІЙ ЛАЗЕРНОЇ ОБРОБКИ ПОВЕРХНІ МАТЕРІАЛІВ Висока чистота поверхні та якисний зовнішній стан поверхні (Chemical cleanliness and cosmetic appearance) Використання мінімальних потужностей (minimal heat input) (температура джерела є настільки високою а фазови перетворення настільки швидкі, що відбувається нагрівання тільки тонкого поверхневого шару матеріалу), як результат деформація оброблюваної поверхні відсутня, а зона термічного впливу є дуже мала Не потрібна попередня додаткова механічна обробка поверхні (no post machining required) Технологія безконтантна (тon-contact process) Легка автоматизація технологічного процесу (Ease of integration)

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ Сплав, який отримується на поверхні матеріалу в результаті технології лазерної термообробки покриває усю поверхню навіть в недоступних для традиційних технологій місцях. Технічні характиристики сталі після лазерного гартування поверхні покращуються з ростом вмісту вуглецю, показник твердості перевищує 700 для сталей, які мають 0,75% вміст вуглецю. Окрім цього, через високі швидкості охолодження можна термозтіцнювати сталі (steel) з чистим вуглицем (0,2%С). Здатність до гартування чавунів (cast irons) залежить від кількості відновленого перліта , а мартенситні нержавіючі сталі ( martensitic stainless steels) не піддаються лазерному гартуванню. В автомобілебудування використовуються технології лазерного гартування для багатьох деталей, деякі з них вказані в наступній Таблиці.

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ ПРИКЛАДИ ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ЛАЗЕРНОГО ГАРТУВАННЯ

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ Основні висновки

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ЛАЗЕРНЕ ГАРТУВАННЯ ПОВЕРХНІ (ТЕМОЗМІЦНЕННЯ) Основні принципи Для здійснення лазерного гартування (термозміцнення) локальну ділянку поверхні масивної деталі нарівають з допомогою випромінювання лазера до надкритичних температур , а після закінчення термічної дії ця ділянка охолоджується за рахунок відведення теплоти у внутрішні шари металу. Висока швидкість охолодження приводить до утворення структур закалювання в славах та високій твердості поверхні. В тому випадку, коли товщина деталі, яка обробляється співвимирна з розмірами зони лазерної дії , має місце лазерний відпал. Режим термобробки лазерного гартування вибирають виходячи з вимог отримання найкращої мікрогеометрії поверхні. Швидкість охолодження в цьому випадку ,як правило, не регламентується. При аморфізації швидкість охолодження повинна бути максимальною для отримання аморфного стану, тому глибина проплавлення не перевищує 50 мкм (зменшення пористості або шорсткості Лазерне гартування поверхні (термозміцнення) СО-2 лазером

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ЛАЗЕРНЕ ГАРТУВАННЯ ТЕРМОУДАРОМ (Shocking Hardening) використовується для зміцнення поверхні та ініціювання фізико - хімічних процесів. Ініціювання поверхневих хімічних реакцій на поверхні сплавів з допомогою теплової дії лазерного випромінювання може приводити до окислення або відновлення окремих компонентів сплавів або отримання спеціальних сполук.

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ Метали та їх сплави Під час дії лазерного випромінювання на метали або їх сплави, лазерне випромінювання частково відбивається від поверхні, а решта потоку випромінювання проникає на незначну глибину. Ця енергія лазерного випромінювання практично повністю поглинається електронам в приповерхневому шарі матеріала товшиною 10-6 – 10-7 м. В наслідок цього різко підвищується електронна температура (Те), тоді як термпература кристалічної градки (Ті) залишається незначною. Інтенсивність відбивання лазерного випромінювання від поверхні твердого тіла залежить від коефіцієнта відбивання, який в свою чергу залежить від матеріала та довжини хвилі випромінювання.

В таблиці наведені значення коефіцієнта відбивання, отримані І.Спелдінгом, при нормальному падінні променя та при кімнатній температурі

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ Як видно з вище показаної таблиці, найбільшим коефіцієнтом відбивання характеризується випромінювання СО2 лазера. Високий рівень відбивання на перший погляд дає безперспективність використання використання випромінювання СО2 лазера для обробки металів, проте вирішальним в технологічному процесі обробки є збільшення поглинаючої здатності з підвищенням температури поверхні, яка обробляється. Вирішальним факторм, який визначає ефективність термообробки лазерного випромінювання металів, є стан поверхні металів. З ростом оксидної плівки на поверхні метала коефіцієнт поглинання СО2 випромінювання збільшується в декілька разів. На практиці ж не завжди оправдана операція збільшеня шорсткості повехні з ціллю підвищення ефективності лазерної обробки. При поверхневій обробці металів лазерним випромінюванням більш доцільно нанесення покриття для збільшення ефективності поглинання лазерного випромінювання ( особливо при обробці гладких шліфованих поверхонь). При виборі покрить слід керуватись рядом умов, серед яких найважливішою є висока поглинаюча здатність покрниття. Покриття повинно бути простим в виготовленні, дешевим, легко наноситись на поверхню, мати високу адгезійну здатність, не токсичним та стабільним при зберіганні. На практиці використовуються різномантіні покриття, так як немає універсального покриття, яке задовільняє в однаковій мірі основну вимогу.

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ Типи покриттів Хімічні покриття – застосовуються в промисловості для збільшення корозійної стійкості. З технологічних процесів для нанесення хімічних покрить потрібно зазначити: воронування, сульфадування, анодування, фосфатування. Про те найчастіше при лазерній обробці матеріалів використовують фосфатування. Вуглицеві покриття – сажа, колоїдні розчини графіту або сажі в ацетоні, в уай т- спириті та інших розчинниках. Недолік- ці покриття нерівномірні по товщині та мають слабу адгезію з поверхнею. ЛАКОФАРБОВІ ПОКРИТТЯ : ВОДОЕМУЛЬСІЙНІ ФАРБИ, ГУАШІ, ТУШІ, ГРУНТІВКИ В лазерній термообробці найбільше використовуються фарби на основі вуглецю (чорні), або на основі оксидів (кольорові). Окрім цього для лазерної теомообробки розроблені спеціальні аерозольні фарби, які містять: пігменти, плівкоутворювачі, пластифікатор та розчинники.

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ Методи отримання поверхневих покритів – легування та наплавлення – відрівзняються тим, що ділянка поверхні нагрівається вище температури плавлення, в зону оплавлення вводять леговані копоненти, і в результаті утворюється поверхневий шар з хімічним складом, який відрізняться від основного метала. Вакуумно-лазерне напилення полягає в тому, що відбувається випаровування з ділянки поверхні під впливои лазерного випромінювання в вакуумі та конденсації матеріалу, який випаровався на підкладку. Ударна дія лазернго виппромінювання використовується для зміцнення поверхні та ініцонування фізико- хімічних ппроцесів. Ініціювання поверхневих хімічних реакцій на поверхні сплавів з допомогою теплової дії лазерного випромінювваання може приводити до окислення або відновлення окреміих компонентів сплавів або отримання спеціальних сполук.

1. ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ПРОМЕНЕМ

ПОВЕХНЕВА ТЕРМООБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ .

Стан напружень поверхневих шарів після лазерного гартування металів та сплавів. Після припинення дії лазерного випромінювання на поверхню метала швидше охолоджується внутрішній шар метала, який лежить біля непрогрітого початкового шару. Приповерхневий шар охолоджується та стискається в останню чергу. Це приводить до виникнення більшої нерівномірності в розподілі залишкових напружень. Величина та інтервали зміни залишкових напружень при обробці залежить від режимів обробки та в першу чергу від потужності випромінювання. Залишкові деформації, як правило , збільшуються при збільшенні міри перекриття плям чи смуг термозміцнення. Окрім цього, величина днформації залежить від коефіцієнта перекриття зон теомообробки. З цієї точки зору оптимальні режими термообробки – це рівномірне та симетричне сканування поверхні плямами лазерного променя або створення смуг термозміцнення.

ОСНОВНІ ПЕРЕВАГИ ЛАЗЕРНОГО ГАРТУВАННЯ (ТЕРМОЗМІЦНЕННЯ) МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ 1. Висока концентрація енергії та локальність дії лазерного випромінювання дає можливість здійснювати обробку тільки поверхневого шару матеріала без нагрівання решти об”єму та без зміни його структури В результаті очевидні економічні та технологічні переваги. Окрім цього, висока концентрація лазерного випромінювання дає можливість проводити нагрівання та охолодження поверхні деталі з високою швидкістю та дуже малому часі лазерної дії. 2. Можливість регулювання параметрів лазерної обробки в широкому інтервалі режимів дає можливість розробляти широкий спектр методів поверхневої лазерної обробки . Причому в кожному методі можливо легко регулювати структуру поверхневого шару, його властивості, такі як твердість, зносостійкість, шорсткість, а також геометричні розміри ділянок, що обробляються.

ОСНОВНІ ПЕРЕВАГИ ЛАЗЕРНОГО ГАРТУВАННЯ (ТЕРМОЗМІЦНЕННЯ) МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ 3. Відсутність механічних зусиль на матеріал, що обробляється дає можливість обробляти крихкі та філігранні конструкції. 4. Можливість обробки в середовищі повітря, легкість автоматизації процесів, відсутність шкідливих відходів при обробці та ін. (тобто высокую технологичность лазерного луча). 5. Можливість транспортування випромнювання на значні відстані та можливість направлення випромінювання з допомогою спеціальних оптичних систем в важкодоступні місця, в яких неможливо здіснити термообробку іншими технологіями.

ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНИХ ДІОДІВ В ТРАДИЦІЙНИХ ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ

ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНИХ ДІОДІВ В ТРАДИЦІЙНИХ ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ Графік. Порівняння поглинання металами енергії різних довжин хвиль лазерів: лазерний діод HDL 880 нм, Nd:YAG 1064 нм, CO2 _10,6 мкм Вісь абсцис – довжина хвилі в мкм (wavelength), Вісь ординат – поглинаюча здатність металів в % (absorption)

ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНИХ ДІОДІВ В ТРАДИЦІЙНИХ ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ ПОРІВНЯННЯ ЕФЕКТИВНОСТЕЙ ПРОМИСЛОВИХ ЛАЗЕРІВ

ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНИХ ДІОДІВ В ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ

ОСОБЛИВОСТІ ПОВЕРХНЕВОЇ ТЕРМООБРОБКИ МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ДІОДОМ Параметри СО-2 лазера (невидимість лазерного променя) обмежені здатністю точного юстування лазерного променя в зону термозакалювання. Тому доцільно використовувати високопотужні лазерні діоди. Головка лазерного діода – це напівпровідноковий пристрій,який перетворює електричну енергію в енергію лазерного випромінювання. Лазерні діоди мають вищу вихідну потужність в ближньому ІЧ- діапазоні та довжину хвилі 808 нм або 980 нм. Як видно з графіку ефективність перетворення електричної енергії в енергію світла в головці лазерного діода становить біля 59%, що значно більше в порівнянні з іншими типами лазерів, а в порівнянні з СО-2 лазером в 3-4 рази більша. ЛАЗЕРНИЙ ДІОД (Laser Diod) (зальний вигляд та переріз (Умовні позначення: Laser Diod Bar – головка лазерного діода, Heatsink – радіатор лазера Графік залежності Потужності (чонна лінія) та Ефективності (червона лінія) від Струму для Лазерного Діода (100 Вт, 808 нм)

ОСОБЛИВОСТІ ПОВЕРХНЕВОЇ ТЕРМООБРОБКИ МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ДІОДОМ ГОЛОВКА ЛАЗЕРНОГО ДІОДА РОЗМІЩЕНА НА МССР (Умовні позначення: MCCP –Micro Channel Cooled Pascage- Мікроканальний охолоджувальний модуль; Cooling water ports- отвори для водяного охолодження; Output Beams –і промені на виході

ОСОБЛИВОСТІ ПОВЕРХНЕВОЇ ТЕРМООБРОБКИ МАТЕРІАЛІВ ЛАЗЕРНИМ ДІОДОМ

ЛАЗЕРНІ ДІОДИ, ЯКІ ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ В ТРАДИЦІЙНИХ ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ ___________________________

ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНИХ ДІОДІВ В ТРАДИЦІЙНИХ ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ Alignment Lasers MODEL LDM-2 Adjustable X – Y Alignment Laser (Bore-Sight)

ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНИХ ДІОДІВ В ТРАДИЦІЙНИХ ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ MODEL LDM-3 Sealed Heavy Duty Industrial

ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНИХ ДІОДІВ В ТРАДИЦІЙНИХ ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ MODEL LDM-4 Standard

ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНИХ ДІОДІВ В ТРАДИЦІЙНИХ ЛАЗЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ MODEL LDM-5 Low Divergence Module