2.3 Термообработка.

При направлении лазерного луча на поверх­ность металла тонкий поверхностный слой быстро нагревается. По мере перемещения луча на другие участки поверхности проис­ходит быстрое остывание нагретого участка. Так производят за­калку поверхностных слоев, приводящую к существенному повы­шению их прочности. Лазерная закалка позволяет избирательно увеличивать прочность именно тех участков поверхности, именно тех деталей, которые в наибольшей мере подвергаются износу. Так, лазерную закалку применяют в автомобильной промышлен­ности для упрочнения головок цилиндров двигателей, направляю­щих клапанов, шестерен, распределительных валов и т. д. На Московском автозаводе им. Ленинского комсомола производится поверхностная закалка корпуса заднего моста автомобиля «Моск­вич» при помощи лазера на СО₂.

Для повышения твердости поверхности применяют также лазер­ное легирование. Легирующие присадки в виде порошка предва­рительно наносят на обрабатываемую поверхность. При облуче­нии лазером поверхности заготовки происходит плавление и взаимное перемешивание порошка и материала заготовки в преде­лах тонкого поверхностного слоя.

Термообработку обычно производят непрерывно генерирую­щим лазером на СО₂.

Поверхностное упрочнение металлов производят ударными волнами при использовании лазеров, генерирующих последова­тельности импульсов. У поверхности металла образуется слой плазмы. Плазма распространяется навстречу лазерному лучу, в результате чего рождается ударная волна. Поскольку луч пред­ставляет собой последовательность импульсов, возникает после­довательность ударных волн. Воздействие волн на металлическую деталь оказывает в данном случае такое влияние, как при холод­ной обработке металла давлением. Лазерная термообработка позволяет повысить твердость материала на 20—30 % по сравнению с традиционными методами упрочнения и в нес­колько раз износостойкость. Рассматриваемый пример ла­зерного упрочнения межкамер­ных промежутков головки бло­ка цилиндров двигателя авто­мобиля ЗИЛ-130, внедренного на Московском автомобильном заводе им. Лихачева, позволил повысить ресурс работы в 2 раза. Материал головки блока алю­миниевый сплав (рисунок 4).

На схеме лазерной термообработки дана технологическая система (ТС): станок — АЛТК-Т, приспособление — специальное зажимное, инструмент — лазер на СО₂, заготовка — головка блока цилиндров. После механической обработки деталь 1 авто­матически подается на рабочий стол лазерной технологической установки, которая совершает поступательное движение. Лазер­ная головка 4, совершая движение по окружности, проходит по контуру 6 обрабатываемой поверхности. Обработка происходит в защитной среде аргона, который подается через сопло 5.

Газообразные продукты, образующиеся в ходе обработки, удаляются из зоны обработки в вентиляционную систему через патрубок 2. После завершения лазерной обработки деталь авто­матически подается на последующую обработку.

Рисунок 4 – Схема лазерной термообработки

2.3 Лазерная резка

Лазерную резку материалов осуществляют как в импульсном, так и в непрерывном режиме. При резке в импульсном режиме непрерывный рез получается в результате наложения следующих друг за другом отверстий. Наиболее широкое применение полу­чила резка тонко пленочных пассивных элементов интегральных схем, например, с целью точной подгонки значений их сопроти­вления или емкости. Для этого применяют импульсные лазеры на алюмо-иттриевом гранате с модуляцией дробности, лазеры на углекислом газе. Импульсный характер обработки обеспечивает минимальную глубину прогрева материала и исключает повре­ждение подложки, на которую нанесена пленка. Лазерные уста­новки различных типов позволяют вести обработку при следую­щих режимах; энергия излучения 0,1 ... 1 МДж, длительность импульса 0,01 ... 100 мкс, плотность потока излучения до 100 мВт/см², частота повторения импульсов 100 ... 5000 импуль­сов в 1 с. В сочетании с автоматическими управляющими систе­мами лазерные установки для подгонки резисторов обеспечи­вают производительность более 5 тысяч операций за 1 ч. Им­пульсные лазеры на алюмо-иттриевом гранате применяют также для резки полупроводниковых пластин-подложек интегральных схем.

Лазеры непрерывного действия на СО₂ применяют для газо­лазерной резки, при которой в зону воздействия лазерного луча подается струя газа. Газ выбирают в зависимости от вида обрабаты­ваемого материала. При резке дерева, фанеры, пластиков, бумаги, картона, текстильных материалов в зону обработки подается воздух или инертный газ, которые охлаждают края реза и пре­пятствуют сгоранию материала и расширению реза. При резке большинства металлов, стекла, керамики струя газа выдувает из зоны воздействия луча расплавленный материал, что позволяет получать поверхности с малой шероховатостью и обеспечивает высокую точность реза. При резке железа, малоуглеродистых сталей и титана в зону нагрева подается струя кислорода.