4.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЗАВИСИМОСТЕЙ ПОРОГОВОЙ ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ
ОТ ФАКТОРОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ
На основании сказанного выше следует вывод, что основным фактором, обеспечивающим силовую обработку материалов, является тепловое воздействие лазерного луча на поверхность изделия при условии, что плотность энергии в пятне облучения превысит определенное для данных условий пороговое значение, при котором начнется процесс интенсивного испарения материала. Если воздействие осуществляется излучением с длиной волны 10,6 мкм (СО2 лазер), то глубина проникновения поглощаемого луча в непрозрачный материал составляет всего 1-2 мкм. Путем фокусировки луча на поверхности в пятно порядка 1мм нетрудно достичь необходимого эффекта даже при сравнительно небольших мощностях используемого лазера. В случае более коротковолнового излучения, например, 1,06 мкм (лазер на алюмоиттриевом гранате с присадкой неодима) глубина проникновения луча в среду увеличивается, соответственно возрастает величина пороговой плотности. Однако для дальнейшего углубления разреза следует убирать выделяющиеся пары материала. С этой целью осуществляется непрерывный продув места обработки материала, например, нейтральным газом – азотом или аргоном. Тогда пойдет процесс послойного испарения материала и удаления возникающих паров вплоть до образования разреза нужной глубины. Такой процесс требует определенного времени, и для его ускорения приходится повышать плотность энергии в пятне облучения намного выше порогового значения. Для проведения процесса сварки необходимо обеспечить расплавление, но не испарение материала, который должен равномерно заполнить свариваемый шов. Такой процесс также необходимо проводить в атмосфере нейтрального газа. Скорость движения лазерного луча вдоль шва будет зависеть от плотности энергии в пятне облучения, поэтому и здесь стремятся повысить эту величину.
Однако при повышении плотности энергии выше определенного значения образующиеся пары материала начинают вырываться в форме плазмы еще до окончания протекающего процесса резания или сварки. Плазма экранирует обрабатываемую поверхность, прекращая доступ к ней луча, что срывает протекание ведущегося процесса. Возникает второе пороговое значение плотности энергии в пятне облучения, превышение которого сопровождается образованием плазмы. В этой связи наиболее важной задачей становится определение второго порогового значения, а также характеристик возникающей плазмы и особенностей взаимодействия с ней лазерного луча. Такие исследования требуют наличия хорошо оснащенной экспериментальной базы, разработки непростых методик исследований и наличия квалифицированных исследователей, в совершенстве владеющих такими методиками.
Здесь будут представлены проводившиеся в НПО «Астрофизика» исследования зависимостей пороговых значений плотности энергии, сопровождаемых возникновением приповерхностной плазмы, от характеристик лазерного луча и свойств обрабатываемых материалов.
© 2001 Reomar Rovinsky
