Промышленный инжиниринг │автоматизация производства │ технологии металлообработки

Степень: Академический бакалавр Прикладной бакалавр

Наиболее распространенные экзамены при поступлении:

  • Русский язык
  • Математика (профильный) — профильный предмет, по выбору вуза
  • Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) — по выбору вуза

Для современного мира лазеры перестали быть фантастикой: их активно используют в разных отраслях, тем самым решая многие задачи, на которые раньше не было ответов. Технологии востребованы в медицине и военном деле, научно-исследовательской деятельности и производственной отрасли.

Несмотря на активное применение лазеров в реальном мире, они пока представляются большинству террой инкогнита. И сама по себе наука еще активно развивается, поэтому специальность 12.03.05 Лазерная техника и лазерные технологии – это перспективное направление. Его выбирают те, кто готов делать настоящий вклад в зарождение принципиально новых устройств, материалов, инструментов.

Оборудование

Аппараты, предназначенные для сварочных работ, могут иметь различные характеристики выполняемых ими операций и внешние параметры. Лазерная сварочная установка бывает исполнена в формате мини или занимает довольно большое пространство. Каждый аппарат имеет в своём составе основные компоненты:

  • генератор лазера;
  • устройство для передачи лазерного излучения;
  • блок сварочной головки, снабжённый линзой фокусирования;
  • блок, отвечающий за фокусирование лазерного луча;
  • зеркальная система, выполняющая роль резонатора;
  • система, приводящая в движение саму заготовку и лазерную сварочную головку;
  • программный блок управления аппаратом;
  • блок электропитания;
  • устройство охлаждения;

В настоящее время существует три типа лазерного оборудования для выполнения сварки.

Твердотельное

Это самая серьёзная аппаратура, которая работает в диапазоне мощности от нескольких десятков до нескольких тысяч ватт. Суть технологии этого сварочного устройства заключается в следующем:

  • в качестве источника лазерного излучения используется стержень прозрачного вида, сделанный из натурального рубина либо иттриевого граната, который для прочности легируют неодимовым компонентом;
  • твёрдый стержень заключён в специальном блоке;
  • вспышка специальной лампы генерирует излучение, которое передаётся стержневому элементу.

Газовое

Данный тип сварочного лазерного оборудования считается наиболее высокопроизводительным. Установка выполняет сварочные работы под защитой газов. Мощность таких аппаратов колеблется от десятков до тысяч киловатт. Принцип работы устройства состоит в следующем:

  • в качестве излучателя лазерного пучка применяется трубка из прозрачного материала, которая содержит внутри себя газовую смесь, состоящую из гелия, азота, кислорода с углекислотой;
  • газовая смесь находится в трубке под давлением, и при подаче электрического импульса в виде разряда излучатель приходит в активное состояние;
  • под действием электрического разряда, исходящего одновременно от нескольких электродов, гелий и азот сообщают свою энергию углекислому газу, и в результате получается лазерный импульс;
  • лазерный импульс с помощью отражения в множественных зеркалах многократно усиливается и через оптическую систему выходит в область своего применения при сварке.

Гибридное

Этот тип лазерной сварки основан на применении сочетания электрической дуги и мощного луча энергии. Дуговая методика применяется с целью выполнения ровных швов. Достоинством подобных лазерных аппаратов считается хорошее соединение любых материалов без предварительного цикла подготовительных работ. Энергетический луч в сочетании с электрической дугой может выполнять в автоматическом режиме на больших скоростях сварку толстостенных заготовок, проявляя при этом низкий уровень теплообмена. Готовый сварочный шов при такой процедуре отличается точностью и надёжностью.

Беспилотные транспортные средства и краудсорсинговое картографирование

В последние годы беспилотный транспорт вызвал значительный промышленный интерес. После конкурса DARPA Grand Challenge на автомобили с автоматическим управлением несколько крупных производителей объявили о своих будущих целях по предоставлению беспилотных транспортных средств. Это требует оснащения транспортных средств высокоэффективными системами 3D-картографирования, как и в современных мобильных системах лазерного сканирования. Для геоинформационного сообщества эти будущие беспилотные транспортные средства являются потенциальным источником очень подробных и часто обновляемых трехмерных картографических данных.

В дополнение к транспортным средствам потребители все чаще используют возможности трехмерного картирования в своих мобильных устройствах — проще говоря, изображения с камеры смартфона и информация о местоположении могут способствовать картированию. Дополнительные возможности предлагаются другими датчиками, такими как камеры глубины и интерпретация трехмерного изображения. Эти технологические разработки могут заменить существующий принцип централизованного картографирования на децентрализованное, распределенное и частое краудсорсинговое картографирование.

Картирование и мониторинг объектов электросетевого хозяйства и других структур, имеющих решающее значение для повседневной жизни и функционирования, является важным применением воздушного лазерного сканирования, в том числе и с БПЛА.

Промышленность.

  •  Поверхностная лазерная обработка.
  • Лазерная термообработка (лазерная закалка, лазерный отжиг, лазерный отпуск, лазерная очистка, в том числе лазерная дезактивация, лазерное оплавление, оплавление для улучшения качества поверхности, аморфизация) .
  • Получение поверхностных покрытий (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) .
  • Ударное воздействие (ударное упрочнение, инициирование физико-химических процессов).
  •  Инициирование поверхностных химических реакций.  Лазерная сварка .
  • Лазерное разделение материалов (лазерная резка, газолазерная резка, термораскалывание, скрайбирование).
  • Лазерная размерная обработка (лазерная маркировка и гравировка, лазерная обработка отверстий).
  •  Фотолитография.
  •  Экологический мониторинг . В промышленности лазерные технологии также получили широкое приме-нение. Сейчас уже не представляется производство таких приборов как дальномер, лидар, нивелир без использования лазерного излучения. Все больше при-меняются инфракрасные лазеры в тяжелой промышленности.

Оборудование и технологии лазерной маркировки.

На сегодняшний день, несмотря на многообразие лазеров, реальное коммерческое использование для маркировки фактически получили только системы на базе твердотельных лазеров с длиной волны порядка 1,06 мкм и СО2-лазеров с длиной волны 10,6 мкм.

Современный лазерный комплекс для маркировки содержит, как правило, следующие основные элементы: источник излучения, система транспортировки и перемещения луча, систему контроля параметров излучения, управляющий компьютер. Для промышленного применения наиболее широко применяются лазерные маркеры со сканаторными и портальными (летающая оптика) системами развертки луча, пример которых показан на рис. 1.

                                              а)                                                                    б)

Рис.1. Принцип построения сканаторной и портальной система развертки луча в лазерных маркерах.

Технические характеристики сканаторов позволяют перемещать лазерный луч со скоростью до 6 м/с и точностью повторения контура до 1,5 мкм. Высококачественные объективы позволяют обрабатывать сканаторным системам различные изделия и поверхности размерами до 250х250 мм. Обычно для большинства технических задач маркировки достаточно поля 100х100 мм. Современные АС двигатели и новые технические решения в механике осей обеспечивают скорость перемещения луча в портальных системах до 3,5 м/с, также с высокой точностью повторения контура. При этом поле обработки портальных систем обычно составляет величину порядка 750х450 мм. Следует отметить, что сканаторные системы развертки с одинаковым успехом используются как для твердотельных лазеров, так и для СО2-лазеров. Портальные системы используются в основном для СО2-лазеров. Это связано с особенностями фокусировки излучения с различной длиной волны и необходимостью получения соответствующего «отклика» на материале. Именно фокусировка излучения накладывает ограничения на размеры рабочего поля и возможность комбинации конкретной системы развертки с тем или иным лазерным излучателем. Также отметим, что сканаторные системы вследствие меньших моментов инерции обеспечивают как векторный, так и растровый режим маркировки одинаково легко. Портальные системы имеют существенно лучшие показатели при растровом режиме маркировки по сравнению с векторным режимом получения изображения.

Конечно, существуют и другие способы формирования изображения, и, соответственно, типы маркирующих систем, например масочные или построенные на вращающихся полигонах. Однако такие системы не являются универсальными и разрабатываются под конкретное применение.

Как отмечалось выше, коммерческое использование в качестве излучателей для систем маркировки получили СО2-лазеры и твердотельные лазеры. Следует отметить, что лазеры, интегрируемые в системы и станки должны с необходимостью обладать технологическими свойствами, к которым относятся, прежде всего, широкой диапазон, линейность и монотонность изменения параметров, стабильность характеристик излучения.

Лазерный раскрой – разновидности резки

Подробности Создано: 29 ноября 2012

Лазерная резка может разделить любой материал идеально точной линией, в том числе лист стали или титана большой толщины. Самыми оптимальными способами являются лазерно-кислородная и кислородная. Лазерная резка в инертном газе применяется для расщепления особо твёрдых материалов, но имеет меньшую скорость. Также применяется лазерное термораскалывание для особо хрупких материалов и лазерная испарительная резка в микротехнологии.

Процесс лазерного раскроя с технологической точки зрения довольно-таки прост. Данная лазерная обработка различных материалов заключается в лазерном луче, который под воздействием струи сжатого газа разрушает поверхность материала. В результате получается разделение заготовки сверхточной линией реза.

Естественно, что для резки разнообразных материалов применяется и разнообразные степени интенсивности излучения: состав режущего газа и, конечно же, давление. Какие же бывают разновидности резки на лазерном оборудовании!?

Технология

Технология лазерной резки металла подразумевает под собой процесс нагревания металла в определённом месте свыше его температуры плавления. Рабочий привод генерирует сфокусированный луч, которые проходит через систему линз, становится мощнее. Раскалённый пучок света попадает на поверхность детали, начинает расплавлять её. Передвигаясь по направляющим, рабочая головка делает рез заданного размера, формы.

Сфокусированный луч обладает некоторыми характеристиками:

  1. Постоянством длины. Благодаря этому его легко сфокусировать на любой поверхности используя оптические линзы.
  2. Низкий угол расходимости света луча. Это позволяет получить мощный направленный поток света на заданную точку.
  3. Суммарная мощность излучения увеличивается благодаря когерентности.

При разрезании металла, материал может плавиться или испаряться. Это зависит от мощности оборудования.

Раскрой листов металла лазерным излучением

Лазерный раскрой листового металла считается очень точным. Работа выполняется в кратчайшие сроки, а результат выполнения высокий.

Видео:

Тип металлического листа может быть любой. Единственное ограничение — слишком большая толщина материала.

Лазерным излучением можно не только разрезать лист, но и сделать гравировку.

Суть работы лазером

Лазерный луч аппарата фиксируется в заданных точках, в результате чего в этих точках повышается температура.

Весь процесс контролирует специальная программа, поэтому все действия лазера будут выверены очень точно.

Теплофизические свойства материалов не оказывают влияния на раскрой.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Технология гидроабразивной резки металла

Лазерный луч способен концентрировать большое количество энергии, которая способствует резке сплава.

Лазерный инструмент работает вместе с выделением газа на разрезаемый участок.

Лазерный луч нагревает определенные точки на листе, материал плавится, но по линии, где проходит разрез, сразу же испаряется.

На края заготовки подается специальный пар, который убирает продукты, образованные в результате воздействия лазером.

Лазерный принцип раскроя металла имеет массу преимуществ:

  • такой метод обработке имеет доступную стоимость;
  • лазер способен обработать металлы, которые имеют высокую твердость;
  • благодаря высокой мощности и плотности лазерного луча, производительность работы аппарата очень высокая, при этом качество не теряется;
  • скорость проведения операций достаточно высокая;
  • при проведении разреза, инструмент не касается металла, поэтому таким способом можно разрезать хрупкий металл, который не поддается какой-либо другой обработке;
  • заготовка может иметь разнообразные линии, программа способна справиться с фигурами любой сложности;
  • заготовки на листе укладываются очень плотно друг к другу, благодаря чему себестоимость вырезанных деталей снижается;
  • после того как детали разрезаны лазерным лучом, их не нужно дополнительно обрабатывать;
  • лазерный инструмент легко управляем, поэтому раскрой может производиться по сложным контурам.

Рекомендации по работе с лазером

Раскрой металлов с помощью лазера нужно проводить только на качественном материале. Если на листе есть ржавчина, то стоит отказаться от такого вида обработки.

Края заготовок будут неровными. Кроме этого, материал не должен быть со значительными повреждениями, вмятинами.

Если на листе металла необходимо поместить большое количество деталей, стоит соблюдать расстояние между ними.

В зависимости от того, сколько контуров имеет заготовка, зависит стоимость разреза. Чтобы произвести какой-либо из контуров, лазер должен сделать врезку в лист аккуратно около самой линии.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Технология и методы лазерной резки алюминия

Для этого программа затрачивает некоторое время, что влияет на стоимость работы.

Технология лазерной очистки от ржавчины

Учитывая возможные варианты развития, можно сказать, что есть два пути, по которым может протекать процесс очистки от ржавчины. В первом случае технология использования лазера является «мягкой», то есть поверхностный слой будет отделяться от металлической основы в виде чешуек. Второй случай называется «жестким». Он отличается тем, что ржавчина, имеющаяся на поверхности металла, при воздействии лазера будет просто испаряться.

В зависимости от химического состава ржавчины, температура ее плавления составляет от 1580 до 1640 градусов по Цельсию. Другими словами, необходимо развить температуру, которая будет превышать даже показатель, требующийся для плавления стали. Для того чтобы достичь нужного показателя, необходимо, чтобы мощность лазера в зоне действия достигала 106 Вт/см2. При этом диаметр ионно-фотонного пучка, должен быть минимум 100 мм. При таких показателях появляется возможность эффективно удалять оксидную пленку с толщиной от 50 до 75 микрон. Этого вполне хватит для снятия ржавчины с поверхности металла.

Сфера применения

Обработка металлов лазерным способом применяется в разных отраслях. Благодаря такому способу можно быстро и качественно изготовить крепежные элементы, кронштейны, корпуса разных приборов и многое другое.

Заказчиками изделий, изготовленных таким способом, являются:

  • производители складского и торгового оборудования;
  • дизайнеры интерьеров;
  • рекламные кампании и т. д.

Из металлических листов можно выкраивать даже очень сложные детали, выполнять фрезеровку, делать пазы, а также придавать срезам максимально привлекательный внешний вид.

Благодаря методу лазерной резки можно достичь идеального качества среза, производственный процесс максимально оперативен, количество расходных материалов сведено к минимуму. А еще крой деталей лазерным методом осуществляется крайне точно.

Методика практически незаменима при обработке быстро деформирующихся металлов, материалы не потребуется в дальнейшем обрабатывать, а готовые изделия можно сразу же использовать по назначению, что в некоторых отраслях имеет особое значение.

Лазерная резка металла (стали) на ЧПУ лазереЛазерная резка металла (стали) на ЧПУ лазере

Лазерное спекание

Технология лазерного спекания позволяет создавать модели послойно. Она чем-то похожа по своему протеканию на процесс стереолитографии. В его ходе на обрабатываемый материал наносится слой порошка, который может регулироваться. В нем вычерчивается новый контур.

Экстремальные температуры способствуют расплавлению порошка в тех местах, где материала касается луч. Он спекает частицы между собой, а также предыдущим слоем.

Однако такая технология имеет один недостаток. Им является пористость готовых моделей. Тем не менее, плотность изделий можно увеличить за счет повышения энергии лазера, а также посредством замедления скорости печати.

Компания НТЦ «Электроресурс»

Одним из малочисленных отечественных производителей лазерных головок является НТЦ «Электроресурс», сотрудники которого изготавливают лазерную головку VF001MA для работы с волоконными лазерами мощностью до 3 кВт. Головка обладает возможностью изменения фокусного расстояния в автоматизированном режиме и может быть оснащена модулями на магнитном креплении с датчиком контроля расстояния до обрабатываемого изделия .
Также необходимо отметить сканирующие системы, использование которых позволяет повысить производительность сварки примерно на 25%.

Из представленных на рынке сканирующих систем можно выделить IntelliWeld PR и IntelliWeld II FT (c F-theta линзой) (ScanLab), предназначенные для работы с лазерным излучением мощностью до 8 кВт. Компания ScanLab также производит сканирующие системы IntelliScan III 10 и IntelliScan III 20, предназначенные для работы с различными типами лазеров (диодный, волоконный, твердотельный и СО2-) с мощностью 150 Вт и 1000 Вт и рабочими зонами 120 Ч 120 мм 2 (f = 163 мм, d = 32 мкм) и 60 Ч 60 мм 2 (f = 160 мм и d = 16 мкм) соответственно.

Преимущества и недостатки лазерной резки

У обработки материалов лазером есть ряд сильных и слабых сторон.

Преимущества:

  1. Зависимо от мощности выбранного оборудования, можно разделять листы большой толщины.
  2. Резка металла лазером выполняется без соприкосновения рабочей части с поверхностью изделия. Это исключает механические повреждения материала.
  3. Высокая скорость проведения технологического процесса.
  4. Если установка для лазерной резки комплектуется ЧПУ, можно добиться высоких показателей точности, производительности.
  5. Выделение минимального количества отходов.
  6. Возможность создавать резы разных размеров, формы.

Недостатки:

  1. Установка расходует много электроэнергии.
  2. Простые модели не могут разделять листы шириной свыше 20 мм.

Лазерная обработка металла от ржавчины

Принцип удаления ржавчины с использованием лазерного оборудования базируется на известных физических свойствах, которые возникают при взаимодействии металла и яркого светового излучения, такого как лазер. В соответствии с этими законами чистые металлы будут отражать световое излучение, а вот наличие каких-либо химических примесей, будет, наоборот, поглощать световое излучение. К числу химических веществ принадлежит не только ржавчина. Пленки гидридов и другие загрязнения также могут удаляться таким образом.

Во время поглощения лазерного излучения поверхностью металла происходит один из трех вариантов развития событий:

  • Нагрев проходит без фазовых превращений. В таком случае слой химического загрязнения, на который воздействуют направленные фотонные пучки, будет их поглощать и отшелушиваться.
  • Возможен нагрев с последующим расплавлением вещества.
  • Возможно, что нагрев будет сопровождаться дальнейшим испарением вещества с поверхности.

Виды оборудования для лазерной резки

Резка металла лазером проводится с помощью специальных установок, которые бывают трех типов:

  1. Твердотельные аппараты. Устройства для лазерной резки малой мощности. Состоят из рубинового стержня, лампы накачки. Модели могут работать импульсами или в постоянном режиме.
  2. Газовое оборудование. Газ нагревается до высоких температур под воздействием электрического тока. Раскалённые частицы испускают свет, который фокусируется линзами на рабочую поверхность.
  3. Газодинамические установки. Газ нагревается до критических температур — свыше 3-х тысяч градусов. Далее раскалённый газ пропускается на высокой скорости через сопло, проходит процесс охлаждения. Высокая мощность таких аппаратов делает их нерентабельными при редком использовании.


Оборудование для лазерной резки

Виды оборудования для лазерной резки

Резка металла лазером проводится с помощью специальных установок, которые бывают трех типов:

  1. Твердотельные аппараты. Устройства для лазерной резки малой мощности. Состоят из рубинового стержня, лампы накачки. Модели могут работать импульсами или в постоянном режиме.
  2. Газовое оборудование. Газ нагревается до высоких температур под воздействием электрического тока. Раскалённые частицы испускают свет, который фокусируется линзами на рабочую поверхность.
  3. Газодинамические установки. Газ нагревается до критических температур — свыше 3-х тысяч градусов. Далее раскалённый газ пропускается на высокой скорости через сопло, проходит процесс охлаждения. Высокая мощность таких аппаратов делает их нерентабельными при редком использовании.


Оборудование для лазерной резки

ПРинцип работы лазера

Чтобы понять, как работает лазер, посмотрим на его структуру. Типичный лазер выглядит так: трубка, внутри которой размещен твердый кристалл, чаще всего рубин. С обоих торцов она закрыта зеркалами: прозрачным и не полностью прозрачным. Под воздействием электрической обмотки атомы кристалла генерируют световые волны. Эти волны перемещаются от одного зеркала к другому до того момента, пока не наберут интенсивность, достаточную для прохождения через не полностью прозрачное зеркало.

Как создается лазерный луч?

1-я стадия — выключенный лазер.

Электроны всех атомов (на картинке — черные точки на внутренних окружностях) занимают основной энергетический уровень.

2-я стадия — момент после включения.

Под действием энергии из разрядной трубки электроны перемещаются на более высокие энергетические орбиты (на картинке — внешние окружности).

3-я стадия — возникновение луча.

Электроны начинают покидать высокие энергетические орбиты и спускаться к основному уровню. При этом они начинают испускать свет и побуждают к этому остальные электроны. Образуется общий результирующий пучок света с одинаковой длиной волны у каждого источника. Чем больше новых электронов вернется к низким орбитам, тем мощнее свет лазера.

Резкость фокусировки

Длина световой волны в лазерном пучке только одна, следовательно, и цвет также один. Этот свет четко фокусируется линзой почти что полностью в одной точке.

(См. рисунок: слева — свет лазера, справа — естественный свет). Если сравнить свет лазера с естественным светом, то будет видно, что последний не способен иметь настолько резкий фокус. Благодаря концентрации в узком луче огромной энергии лазер способен передать этот луч на гигантские расстояния, избегая рассеяния и ослабления, присущих многоцветному свету — естественному. Эти качества лазера превращают его в незаменимый инструмент для человека.

Физическое обоснование

Разберем вышеописанный механизм работы лазера подробнее. Выясним, какие именно физические законы делают возможным его функционирование.

Активная среда

Для лазерного излучения необходима так называемая активная среда. Только в ней оно может происходить. Как же создается активная среда? Прежде всего, нужно специальное вещество, которое обычно состоит из кристаллов рубина или алюмоиттриевого граната. Собственно, это вещество и есть активная среда. Сформированный из него цилиндр или стержень вставляют в резонатор. Резонатор состоит из двух параллельных друг другу зеркал. Переднее зеркало наполовину прозрачно, а заднее не пропускает свет. Рядом с со стержнем (цилиндром) монтируется импульсная лампа. Цилиндр и импульсная лампа окружены зеркалом. Оно чаще всего изготовлено из кварца, на который нанесен слой металла. При помощи зеркала свет собирается на цилиндре.

Энергетические уровни атомов

Важный момент: состав активной среды таков, что у каждого ее атома есть как минимум три энергетических уровня. В спокойном состоянии атомы активной среды располагаются на низшем энергетическом уровне Е0. Как только включается лампа, атомы поглощают энергию ее света, поднимаются на уровень Е1 и довольно долго пребывают в таким возбужденном состоянии. Именно это и обеспечивает лазерный импульс.

Инверсная заселенность

Инверсная заселенность — фундаментальное физическое понятие. Это такое состояние среды, когда число частиц на каком-то верхнем энергетическом уровне атома (любом из существующих) больше, чем на нижнем. Собственно, активной и называется та среда, в которой уровни являются инверсно заселенными.

Фотоны и световой пучок

Электроны атома не располагаются хаотично. Они занимают определенные орбиты, окружающие ядро. Атом, получающий квант энергии, с огромной вероятностью переходит в состояние возбуждения, характеризующееся сменой орбиты электронами — с самой низкой (метастабильной или основной) на обладающую более высоким уровнем энергии. На такой орбите длительное нахождение электронов невозможно, поэтому происходит их самопроизвольное возвращение к основному уровню. В момент возвращения каждый электрон испускает волну света, называемую фотоном. Одним атомом запускается цепная реакция, и электроны многих других атомов также перемещаются на орбиты с более низкой энергией. Одинаковые световые волны движутся огромным потоком. Изменения этих волн согласованы во времени и в результате формируют общий мощный световой пучок. Этот пучок света и зовется лазерным лучом. Мощность луча у каких-то лазеров настолько огромна, что им можно разрезать камень или металл.

Технология резки

Во время применения лазерной обработки металла изделие подвергается таким воздействиям, как отражение и поглощение лазерного излучения. Как и любой другой производственный процесс, этот протекает по определенному плану.

Первый этап — это воздействие лазерного излучения на металл в конкретной точке. Второй этап заключается в том, что металл сначала нагревается под воздействием этого луча, а после прохождения определенного температурного порога начинается плавиться. Третий этап знаменуется тем, что на границах плавления металла появляются углубления. Последний этап заключается в том, что энергия, излучаемая лазером, приводит ко второй стадии процедуры — кипению и дальнейшему испарению металлического вещества.

Однако стоит отметить, что на практике, по технологии лазерной обработки металла, испарение происходит лишь в том случае, если заготовка сделана из достаточно тонкого металла. Если необходимо обработать материал с достаточно большой плотностью, необходимо использовать вспомогательное оборудование. Плавление осуществляется при помощи газа, который выступает второстепенным агрегатом и помогает избавляться от остатков металла. Такой метод называется газолазерной резкой.

Лазерная резка металла

Наиболее популярной считается технология лазерной резки металлов. Она используется как в массовом, так и частном производстве. Технология может быть не только обычной, но и фигурной, художественной, что позволяет создавать детали оригинальной формы. Лазерная резка подходит практически для всех видов металлов. Тем не менее, она имеет свои особенности в зависимости от использованного материала.

Воздействие луча на металл описывается общими положениями, которые связаны со слиянием и отражением излучения, распространением поглощенной энергии по объему за счет теплопроводности и т.д. Также следует учитывать ряд специфических особенностей. Технология лазерной резки является наиболее современным и эффективным методом раскроя тонко- и среднелистового металла. Сфокусированное излучение способствует высокому нагреву материала. Это позволяет добиться качественной резки.

Новые технологии лазерного термоупрочнения занимают в промышленности особое место. Они основаны на локальном нагреве участка поверхности под воздействием излучения и последующем его охлаждении со сверхкритической скоростью в результате теплоотвода во внутренние слои металла.

Эта технология применяется в:

  • системе ЖД транспорта;
  • металлургии;
  • нефтегазодобычи;
  • моторостроении;
  • системе дорожно-строительной техники;
  • инструментальном производстве и т.д.

Широкая сфера применения позволяет оптимизировать многие процессы.

Применение лазеров

Свойства лазерного излучения уникальны. Это превратило лазеры в незаменимый для самых различных областей науки и техники инструмент. Кроме этого, лазеры широко используются в медицине, в быту, в индустрии развлечений, в сфере транспорта.

Технологические лазеры

  • Благодаря огромной мощности лазеры непрерывного действия активно используются для того, чтобы разрезать, сваривать или спаивать детали, изготовленные из самых различных материалов. При высокой температуре лазерного излучения становится возможным сваривать даже те материалы, которые нельзя соединить между собой другими методами. Например, сваривание металла и керамики для получения нового материала — металлокерамики, обладающего уникальными свойствами.
  • Для того чтобы изготовить микросхемы, используется лазерный луч, который способен сфокусироваться в одну мизерную точку, имеющую диаметр порядка микрона.
  • Еще одно замечательное свойство лазерного луча — его идеальная прямота. Это позволяет использовать его как самую точную линейку в строительстве. Также в строительстве и геодезии при помощи импульсных лазеров производят измерения огромных расстояний на местности, засекая время, за которое световой импульс продвигается от одной точки до другой.

Лазерная связь

Появившиеся лазеры вывели на принципиально новый уровень технику связи и записи информации.

Радиосвязь, развиваясь, постепенно переходила на все более короткие длины волн, поскольку было доказано, что высокие частоты (с наименьшей длиной волны) предоставляют каналу связи наибольшую пропускную способность. Настоящим прорывом стало понимание того, что свет — это такая же электромагнитная волна, просто короче во множество десятков тысяч раз. Следовательно, через лазерный луч возможно передавать объем информации, в десятки тысяч раз превосходящий объем, передаваемый высокочастотными радиоканалами. В результате этого были усовершенствованы различные виды связи по всему миру.

Также при помощи луча лазера записываются и воспроизводятся компакт-диски со звуками — музыкой, и изображениями — фото и фильмами. Индустрия звукозаписи, получив такой инструмент, сделала гигантский шаг вперед.

Применение лазеров в медицине

Лазерные технологии широко применяются как в хирургии, так и в терапевтических целях.

  • Например, благодаря его уникальным возможностям, луч лазера возможно легко ввести сквозь глазной зрачок и «приварить» отслоившуюся сетчатку, исправить в труднодоступной области глазного дна существующие дефекты.
  • В современной хирургии при сложных операциях используется лазерный скальпель, который минимизирует повреждение живых тканей.
  • Лазерное излучение небольшой мощности ускоряет регенерацию поврежденных тканей. Оно также оказывает воздействие, по свойствам похожее на иглоукалывание, практикуемое восточной медициной, — лазерная акупунктура.
  • В косметологии активно используются диодные и пикосекундные лазеры.

Основные способы раскроя металла

Производственники, в целях оптимального раскроя материала и минимизации объема отходов, стремятся подобрать оптимальный способ раскроя листового материала или проката исходя из технологий, применяемых для разделки металла на заготовки. Например, при использовании дисковых ножниц или газового резака, допустимо расположение заготовок в любом месте листа. В то время как, при раскрое на гильотинных ножницах необходимо следовать определенным ограничениям. Заготовку необходимо так размещать, что существовала возможность реализовать прямолинейные резы вдоль или поперек листа и прямых резов под углом.

Станок для резки листового металла с дисковыми ножницами

В случае необходимости обработки большой партии заготовок имеет смысл использовать комбинированный метод. Он заключается в том, что заготовки, имеющие разную форму, укладывают в прямоугольник с минимизированными размерами. Затем эти прямоугольники используют для лучшего заполнения листа. Формирования размерной последовательности. Перемещая эти формы по поверхности, получают улучшенную форму конфигурации.

Метод лучшего заполнения короткой стороны листа

Метод лучшего заполнения короткой стороны листа – это позволяет снизить количество отходов, вызываемых отсутствием кратности. Остающаяся часть листа будет несколько короче чем вдоль длинной стороны. Заготовки должны быть подобраны таким образом, чтобы их размеры позволили оптимальным образом заполнить меньшую сторону листа. Для разметки вдоль длиной стороны выполняют аналогичную работу.

Суть способа формирования размерных последовательностей заключена в следующем — заготовки располагают на листе от крупных к мелким.

На основании проведенных работ составляют карту раскроя. Затем, определяют потребное количество материалов (листа или другого проката). Кстати, это основной документ, который должен быть на рабочем месте оператора заготовительной машины.

Из плотной бумаги или картона подготавливают шаблоны

Из плотной бумаги или картона подготавливают шаблоны заготовок, которые необходимо раскроить. Шаблоны располагают на лист и путем передвижения и их совмещения между собой получают оптимальный раскрой листового материала.

Заключение

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий