Мини энциклопедия: Лазер белән эретеп ябыштыру принцибы һәм процесс кулланылышы
Энергия дәрәҗәләре
Матдә атомнардан тора, ә атомнар төш һәм электроннардан тора. Электроннар төш тирәли әйләнә. Атомдагы электроннарның энергиясе очраклы түгел.
Микроскопик дөньяны тасвирлаучы квант механикасы безгә электроннарның билгеләнгән энергия дәрәҗәләрен биләвен күрсәтә. Төрле энергия дәрәҗәләре төрле электрон энергияләренә туры килә: төштән ераграк урнашкан орбиталарның энергиясе югарырак.
Моннан тыш, һәр орбита максималь санда электрон сыйдыра ала. Мәсәлән, иң түбән орбита (ядрога иң якын) 2 электронга кадәр сыйдыра ала, ә югарырак орбиталарда 8 электронга кадәр сыйдыра ала һ.б.
Күчү
Электроннар бер энергия дәрәҗәсеннән икенчесенә энергияне сеңдереп яки чыгарып күчә ала.
Мәсәлән, электрон фотонны йотканда, ул түбәнрәк энергия дәрәҗәсеннән югарыракка сикерергә мөмкин. Шулай ук, югарырак энергия дәрәҗәсендәге электрон фотон чыгарып, түбәнрәк дәрәҗәгә төшә ала.
Бу процессларда йотылган яки чыгарылган фотонның энергиясе һәрвакыт ике дәрәҗә арасындагы энергия аермасына тигез. Фотон энергиясе яктылыкның дулкын озынлыгын билгеләгәнлектән, йотылган яки чыгарылган яктылыкның төсе үзгәрмәгән.
Лазер генерациясе принцибы
Стимуллаштырылган абсорбция
Түбән энергияле халәттәге атомнар тышкы нурланышны сеңдергәндә һәм югары энергияле халәткә күчкәндә стимуллаштырылган абсорбция барлыкка килә. Электроннар фотоннарны сеңдереп, түбән энергия дәрәҗәләреннән югары энергия дәрәҗәләренә сикерә ала.
Стимуллаштырылган чыгару
Стимуллаштырылган нурланыш дигән сүз, югары энергия дәрәҗәсендәге электроннарның, фотонның "стимуляциясе" яки "индукциясе" астында, түбән энергия дәрәҗәсенә күчүен һәм төшкән фотон белән бер үк ешлыктагы фотон чыгаруын аңлата.
Стимуллаштырылган нурланышның төп үзенчәлеге шунда ки, генерацияләнгән фотон башлангыч фотон белән бер үк: бер үк ешлык, бер үк юнәлеш һәм бөтенләй аерылгысыз. Шулай итеп, бер фотон бер стимуллаштырылган нурланыш процессы аша ике бер үк фотонга әйләнә. Бу яктылыкның көчәюен яки көчәюен аңлата - лазер генерациясенең төп принцибы.
Үзеннән-үзе чыккан газлар
Үзеннән-үзе нурланыш, югары энергия дәрәҗәсендәге электроннар тышкы йогынтысыз түбәнрәк дәрәҗәгә төшкәндә, күчеш вакытында яктылык (электромагнит нурланышы) чыгарганда барлыкка килә. Фотон энергиясе E=E2−E1, ике дәрәҗә арасындагы энергия аермасы.
Лазер генерациясе өчен шартлар
Лазер көчәйтү уртачасы
Лазер генерациясе өчен газ, сыек, каты яки ярымүткәргеч булырга мөмкин булган уңайлы көчәйтү мохите кирәк. Иң мөһиме - мохиттә популяция инверсиясенә ирешү, бу лазер чыгышы өчен кирәкле шарт. Метастабиль энергия дәрәҗәләре популяция инверсиясе өчен бик файдалы.
Насос чыганагы
Популяция инверсиясенә ирешү өчен, атом системасы югары энергия дәрәҗәсендәге кисәкчәләр санын арттыру өчен кузгалырга тиеш.
Гомуми ысулларга түбәндәгеләр керә:
- Электр насослары: югары кинетик энергияле электроннар кулланып газ разрядкасы
- Оптик насослау: импульслы яктылык чыганаклары белән нурландыру
- Термик насослар, химик насослар һ.б.
Бу ысуллар бергәләп насослау дип атала. Лазер чыгаруның тотрыклылыгы өчен, түбән дәрәҗәдәгегә караганда, югары дәрәҗәдә күбрәк кисәкчәләрне саклап калу өчен өзлексез насослау кирәк.
Резонатор
Кирәкле көчәйтү мохите һәм насос чыганагы белән популяция инверсиясенә ирешергә мөмкин, ләкин стимуллаштырылган нурланыш интенсивлыгы практик куллану өчен бик зәгыйфь. Өстәмә көчәйтү кирәк, ул оптик резонатор ярдәмендә тәэмин ителә.
Оптик резонатор лазерның ике очына параллель урнаштырылган ике югары дәрәҗәдә чагылдыручы көзгедән тора:
- Бер тулы чагылдыру көзгесе
- Бер өлешчә чагылыш һәм өлешчә тапшыру көзгесе
Тулы чагылыш көзгесе төшкән барлык яктылыкны башлангыч юлы буенча кире чагылдыра. Өлешчә чагылыш көзгесе билгеле бер энергия бусагасыннан түбән фотоннарны мохиткә кире кайтара, ә бусагадан югарырак фотоннар көчәйтелгән лазер нуры рәвешендә тарала.
Яктылык резонаторда алга-артка тирбәнеп, стимуллаштырылган нурланышның чылбыр реакциясен башлап җибәрә, кар ишелүе кебек көчәя һәм югары интенсивлы лазер чыгышын барлыкка китерә.
Насос лампасы нәрсә ул?
Ксенон лампасы - инерт газ разряд лампасы, гадәттә туры трубка формасында. Ул гадәттә электродлардан, кварц трубкасыннан һәм тутырылган ксенон (Xe) газыннан тора.
Электродлар югары эрү температурасы, югары электрон эмиссиясе нәтиҗәлелеге һәм түбән сиптерүчәнлек белән металлдан ясалган. Лампа трубкасы югары ныклыктагы, югары температурага чыдам, югары үткәрүчәнлекле кварц пыяласыннан эшләнгән, ксенон газы белән тутырылган.
Nd:YAG лазер таягы нәрсә ул?
Nd:YAG (неодим белән кушылган иттрий алюминий гранаты) - иң еш кулланыла торган каты лазер материалы.
YAG - югары катылыкка, оптик сыйфатка һәм югары җылылык үткәрүчәнлеккә ия куб кристалл. Өч валентлы неодим ионнары кристалл рәшәткәсендә кайбер өч валентлы иттрий ионнарын алыштыра, шуңа күрә неодим белән кушылган иттрий алюминий гранаты дип атала.
Лазерның үзенчәлекләре
Яхшы когерентлык
Гадәти чыганаклардан килгән яктылык юнәлеше, фазасы һәм вакыты буенча хаотик, һәм хәтта линза белән дә бер ноктага да фокуслана алмый.
Лазер нуры бик когерент: ул саф ешлыкка ия, идеаль фазада бер үк юнәлештә тарала һәм югары концентрацияләнгән энергияле кечкенә ноктага юнәлтелә ала.
Бик яхшы юнәлеш
Лазер башка яктылык чыганакларына караганда күпкә яхшырак юнәлеш бирә, ул параллель нур кебек эшли. Айга юнәлтелгәндә дә (якынча 384 000 км ераклыкта), ноктаның диаметры нибары 2 км гына.
Яхшы монохроматлык
Стимуллаштырылган нурланыштан чыккан лазер нуры бик тар ешлык диапазонына ия. Гади итеп әйткәндә, лазерның монохроматлыгы бик яхшы - аның "төсе" бик саф. Монохроматлык лазер эшкәртү кушымталары өчен бик мөһим.
Югары яктылык
Лазер белән эретеп ябыштыру лазер нурларының югары юнәлешлелеген һәм югары куәт тыгызлыгын куллана. Лазер оптик система аша кечкенә бер мәйданга юнәлтелә, бик кыска вакыт эчендә югары концентрацияле җылылык чыганагы барлыкка китерә, материалны эретә һәм тотрыклы эретеп ябыштыру урыннары һәм җөйләр барлыкка китерә.
Лазер белән эретеп ябыштыруның өстенлекләре
Башка эретеп ябыштыру ысуллары белән чагыштырганда, лазер белән эретеп ябыштыру түбәндәгеләрне тәкъдим итә:
- Югары энергия концентрациясе, югары эретеп ябыштыру нәтиҗәлелеге, югары төгәллек һәм эретеп ябыштыруларның зур тирәнлек-киңлек нисбәте.
- Җылылык күләме түбән, җылылык тәэсир итүче зона кечкенә, калдык көчәнеш һәм деформация минималь.
- Контактсыз эретеп ябыштыру, сыгылмалы оптик җепселле тапшыру, яхшы керү мөмкинлеге һәм югары автоматизация.
- Чималны экономияләү өчен сыгылмалы тоташу дизайны.
- Төгәл контрольдә тотыла торган энергия, тотрыклы эретеп ябыштыру нәтиҗәләре һәм бик яхшы эретеп ябыштыру күренеше.
Металл материаллар өчен лазер белән эретеп ябыштыру процесслары
Дат басмас корыч
- Гадәти квадрат дулкын импульслары белән яхшы нәтиҗәләргә ирешергә мөмкин.
- Металл булмаган материаллардан эретеп ябыштыру урыннарын ерак тоту өчен тоташу урыннарын проектлагыз.
- Ныклык һәм тышкы кыяфәт өчен җитәрлек эретеп ябыштыру мәйданын һәм эшләнгән материалның калынлыгын саклагыз.
- Эретеп ябыштыру вакытында эшләнгән кисәкләрнең чисталыгын һәм коры мохитне тәэмин итегез.
Алюминий эретмәләре
- Югары чагылышлылык өчен лазерның югары пик көче кирәк.
- Импульслы нокталы эретеп ябыштыру вакытында ярылырга омтыла, ныклыкны киметә.
- Материал составы сиптерүгә китерергә мөмкин; югары сыйфатлы чимал кулланыгыз.
- Зур нокта зурлыгы һәм озын импульс киңлеге белән яхшырак нәтиҗәләр.
Бакыр һәм бакыр эретмәләре
- Алюминийга караганда югарырак чагылдыручанлык; лазер пигы көчен тагын да югарырак таләп итә.
- Лазер башы почмакка авышып торырга тиеш.
- Бакыр эретмәләрен (латунь, мельхиор һ.б.) эретмә элементлары аркасында эретеп ябыштыру авыррак; параметрларны җентекләп сайлау кирәк.
Лазер белән эретеп ябыштыру һәм чишелешләрдә еш очрый торган җитешсезлекләр
Дөрес булмаган параметрлар яки дөрес эшләмәү еш кына эретеп ябыштыру җитешсезлекләренә китерә, шул исәптән:
- Өслеккә сиптерү
- Эчке эретеп ябыштыруның мәсамәлелеге
- Эретеп ябыштыру ярыклары
- Эретеп ябыштыру деформациясе
Эретеп сиптерү
Сипрәү, нигездә, лазер энергиясенең артык югары тыгызлыгы аркасында килеп чыга: эшләнгән әйбер кыска вакыт эчендә артык күп энергияне үзләштерә, бу материалның көчле парга әйләнүенә һәм эрегән күлдә көчле реакциягә китерә.
Сиптерү тышкы кыяфәткә, җыю төгәллегенә һәм эретеп ябыштыру ныклыгына зыян китерә.
Сәбәпләр
- Лазерның артык югары пик көче.
- Яраксыз эретеп ябыштыру дулкыны формасы, бигрәк тә югары чагылдыручан материаллар өчен.
- Материалларны аеру, бу җирле югары энергия сеңдерүгә китерә.
- Эшкәртмә өслегендә пычрану яки металл булмаган катнашмалар.
- Эшкәртмәләр арасында яки астында түбән эрү температурасы булган, эретеп ябыштыру вакытында газ барлыкка китерә торган матдәләр.
- Газ киңәюенә һәм сиптерүгә китерә торган ябык куыш корылмалар.
Чишелешләр
- Параметрларны оптимальләштерегез: пик көчен киметегез яки пик дулкын формаларын кулланыгыз.
- Квалификацияле, югары сыйфатлы чимал кулланыгыз.
- Май һәм пычракны бетерү өчен, эретеп ябыштыру алдыннан чистартуны көчәйтегез.
- Эретеп ябыштыру конструкциясен проектлауны оптимальләштерегез.
Эчке порашкалык
Лазер белән эретеп ябыштыруда иң еш очрый торган җитешсезлек - күзәнәклелек. Тиз җылылык циклы һәм эрегән бассейнның кыска гомере газның чыгуына комачаулый, шуның аркасында мәсамә барлыкка килә.
Гадәти төрләре: водород мәйәләре, углерод монооксиды мәйәләре һәм ачкыч тишекләре җимерелү мәйәләре.
Эретеп ябыштыру ярыклары
Ярыклар эретеп ябыштыруның ныклыгын һәм хезмәт итү вакытын киметә. Лазер белән эретеп ябыштыруның тиз җылытуы һәм суытуы ярылу куркынычын арттыра.
Лазер белән эретеп ябыштыру ярыкларының күбесе кайнар ярыклар, алар алюминий эретмәләрендә һәм югары углеродлы / югары эретмәле корычларда еш очрый.
Профилактика
- Сынучан материаллар өчен, ярылуны киметү өчен, алдан җылыту һәм әкрен суыту дулкын формаларын өстәгез.
- Эретеп ябыштыру стрессын киметү өчен тоташу конструкциясен оптимальләштерегез.
- Тиңдәш эш күрсәткечләре белән ярылу тенденциясе түбәнрәк булган материалларны сайлагыз.
Эретеп ябыштыру деформациясе
Деформация еш кына юка катламнарда, зур мәйданлы эш кисәкләрендә яки күп нокталы эретеп ябыштыруда барлыкка килә, бу җыюга һәм эшләүгә тәэсир итә. Бу тигез булмаган җылылык керүе һәм тотрыксыз җылылык киңәюе / кысылуы аркасында килеп чыга.
Чишелешләр
- Җылылык керүен киметү өчен параметрларны оптимальләштерегез: импульс киңлеген киметеп, пик куәтен арттырыгыз.
- Вакыт берәмлегенә җылылыкны киметү өчен эретеп ябыштыру тизлеген һәм импульс ешлыгын киметегез.
- Бердәм җылытуны тәэмин итү өчен эретеп ябыштыру эзлеклелеген оптимальләштерегез.
Бастырып чыгару вакыты: 2026 елның 25 феврале
