Лучевые технологии

Лучевые методы обработки материалов, которые используют для воздействия на заготовку лазерный и электронные лучи очень популярны в последнее время. Они обеспечивают энергию, которая на несколько порядков выше других источников.

Увидеть это можно по таблице плотности энергии различных тепловых источников.

По таблице видно, что если плотность энергии излучения Солнца составляет один два киловатт на сантиметр квадратный, то энергия лазерного и электронного лучей составляет более десяти тысяч киловатт на сантиметр квадратный у каждого.

Такая большая мощность энергии происходит при достаточно маленькой мощности излучения, которая составляет от нуля целых одной десятой до ста киловатт. Происходит это из-за фокусировки лучей на малой площади, всего один десятый квадратного миллиметра.

Именно поэтому лучевые методы обработки применяют для вырезки высокоточных деталей, получения отверстий малого размера или для разрезания труднообрабатываемых материалов. Ещё их используют для точной сварки, упрочнения и легирования поверхностей деталей.

Теперь давайте разберём лучевые технологии подробнее.

Начнём с лазерной обработки.

Она проводится при помощи светового луча, который излучается оптическим квантовым генератором – лазером.

Основана лазерная обработка на термическом действии светового луча.

При попадании на поверхность световой луч частично поглощается ею, и частично отражается от неё. При поглощении светового луча, поверхность нагревается. Температура в точке приложения луча колеблется от 2000° до 60 000°.

Этой температуры достаточно для того, чтобы расплавить и превратить в пар любой материал. Чем больше поглощающей и меньше отражающей способности у материала, тем выше температура поверхности при попадании на неё светового луча. Ещё один фактор, который определяет температуру нагрева поверхности заготовки – это теплопроводимость и теплоёмкость материала. Чем меньше теплопроводимость и теплоёмкость, тем выше температура.

Перечислим некоторые виды лазерной обработки.

Это пробивка отверстий, контурная резка, упрочнение и легирование деталей машин и инструментов, сварка, резание с лазерным подогревом.

Дадим определение понятию легирование.

Это добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и/или химических свойств основного материала.

Поговорим об электронно-лучевой обработке.

Этот вид обработки использует тепловую энергию, которая выделяется при столкновении быстродвижущихся электронов с обрабатываемым материалом.

Когда происходит столкновение ускоренного электронного потока с твёрдым телом, то девяносто процентов кинетической энергии электронов переходит в тепловую энергию.

Высокую концентрацию тепловой энергии во времени и пространстве, которая приводила бы к нагреву, плавлению, испарению и тепловому взрыву вещества, можно получить повышая скорость движения электронов и их кинетическую энергию.

Именно при электронно-лучевой обработке материалов на малом участке обрабатываемой поверхности можно достичь такую высокую плотность энергии, которая практически недостижима при других методах нагрева.

Возникает эффект так называемого кинжального или глубинного проплавления. в результате образуется узкий и глубокий канал. Соотношение глубины канала к ширине достигает отношения двадцати к одному. Именно благодаря этому, возможно проплавление материалов, толщина которых достигает двухсот миллиметров при узкой зоне термического воздействия.

Проводится электронно-лучевая обработка в вакууме. Он является хорошей защитной средой, которая препятствует окислению расплавленного материала.

Движениями электронного луча легко управлять. Его можно расфокусировать, а можно наоборот запереть. Благодаря такому управлению можно выполнять обработку по сложной траектории или даже с пропусками.

Направив электронный луч в узкую щель, можно провести обработку в местах, которые не доступны для других методов обработки.

С помощью электронно-лучевой обработки можно обрабатывать миниатюрные детали или делать маленькие отверстия.

Основным устройством для электронно-лучевой обработки является электронная пушка.

Одним из видов электронно-лучевой технологии называют электронно-лучевую сварку. Её применяют для различных материалов: стекла, молибдена, тантала, ниобия, вольфрама, инконеля, бериллия и так далее.

Давайте перечислим для чего используется электронно-лучевое резание и прошивка.

Они широко применяются для изготовления тонких пазов, щелей и прорезей, размер которых от нескольких десятков микрометров в деталях малой толщины. Например, плёнки или фольги.

Для сверления отверстий малых диаметров около ста микрометров в кварцевых пластинах, иглах и рубиновых камнях для часовых подшипников, фильерах для производства искусственных волокон и так далее.

Ещё одна сфера использования – при разрезании полупроводников и ферритов для производства электронной аппаратуры.

С помощью электронно-лучевой плавки можно выполнять расплавление любых тугоплавких металлов в вакууме, не опасаясь, что металл окислится газами или другими примесями. Именно электронно-лучевую плавку используют для получения особо чистых тугоплавких материалов.

Подведём итоги урока.

Сегодня мы познакомились с лучевыми методами обработки материалов. Подробнее познакомились с лазерными и электро-лучевыми методами. Узнали для чего применяются электронно-лучевая сварка, электронно-лучевое резание и электронно-лучевая плавка.