Особенности лазерного излучения. Природа лазерного излучения. Твердотельные и газовые лазеры

резонатора различают лазеры с продольной и поперечной прокачкой.

Большую мощность излучения в установках для лазерной обработки обеспечивают быстропроточные лазеры с поперечной прокачкой газовой смеси.

Сварка металлов с глубоким проплавлением

Сварка мощным излучением лазера сопровождается образованием парового канала и достаточно высоким проникновением луча в материал.

Характер подачи энергии на единицу массы расплава меди показан на рисунке 3.1. Существует такое значение плотности излучения, при которой E/m минимально. Характерно, что именно в этой области плотностей потоков наиболее сильно проявляется эффект глубокого проникновения. Тем самым подтверждается утверждение, что сварка с глубинным проплавлением – энергетически наиболее выгодный способ лазерной сварки.

Схема образования шва глубокого проплавления представлена на рисунке 3.2. При достижении плотности потока около миллиона Вт/см2 в пятне нагрева начинается локальное испарение и образуется полость, поскольку подвод энергии становится настолько значительным, что отвод ее уже не обеспечивается ни теплопроводностью, ни конвекцией, ни излучением. Давление паров испаряющегося металла не дает полости захлопнуться под действием гидростатических сил жидкого металла. При соответствующей скорости перемещения луча лазера образующаяся полость приобретает динамическую устойчивость при движении ее в материале.

Перед полостью происходит плавление материала, а позади нее – его затвердевание. При наличии полости поглощение излучения происходит не только на поверхности материала, но и в его глубине. В дальнейшем давление паров металла в полости становится меньше гидростатических и гидродинамических сил и полость заполняется, при этом образуется узкий шов с большим отклонением длины к ширине. В отличие от полусферической формы зоны расплава, образующейся при сварке традиционными способами, глубокое проплавление выполняется с использованием нестационарного цилиндрического теплового источника.

Лазерная сварка с глубоким проплавлением позволяет сваривать металлы с большой скоростью при минимальном тепловом воздействии на материал, прилегающий к зоне расплава, что в ряде случаев улучшает свойство шва. Глубина провара при данном уровне мощности излучения, как правило, обратно пропорционально скорости сварки. Соответственно при постоянной скорости сварки глубина проплавления пропорциональна мощности.

Приведенные зависимости связывают скорость сварки, толщину материала и мощность излучения. При уменьшении скорости сварки и постоянстве мощности излучения размеры зоны расплава вокруг полости растут пропорционально увеличению энергии, приходящейся на глубину длины шва. Глубина проплавления резко уменьшается, и зона расплава становится полусферической, что соответствует режиму теплопроводного проплавления. Максимальная глубина лазерного проплавления пропорциональна мощности