Лазерная термообработка. 
Характеристика лазерной термообработки

Лазерная обработка материалов, в том числе и термообработка, основана на использовании лазерного излучения, которое позволяет создавать на очень небольшом участке поверхности высокие плотности теплового поля, необходимые для интенсивного нагрева или расплавления.

По своей сути, лазеры — это генераторы света. При их воздействии на поверхность обрабатываемых сплавов часть потока лазерного излучения отражается от нее, а остальная часть проникает на малую глубину. Количество отраженного излучения зависит от природы материала и предварительной подготовки поверхности.

Энергия лазерного излучения практически полностью поглощается электронами в поверхностном слое толщиной 10−6 -10−7 м. Вследствие этого температура резко повышается. Последующий нагрев металла осуществляется за счет теплопроводности материала. Процессы распространения теплоты зависят от интенсивности теплового воздействия и от коэффициента теплопроводности материала. Основным показателем, определяющим эффективность поглощения лазерного излучения металлами, является состояние поверхности. Для увеличения эффективности поглощения целесообразно применять нанесение покрытий с низкой отражающей способностью. В настоящее время используют химические, углеродистые, лакокрасочные и водорастворимые покрытия. В производственных условиях часто используется фосфатирование поверхностей.

Основные виды лазерной обработки можно расположить в следующей последовательности, в зависимости от количества передаваемой энергии: поверхностная термообработка, лазерная сварка, лазерная резка. Эффективность того или иного вида лазерной обработки в первую очередь определяется плотностью мощности лазерного излучения Е в зоне обработки. При Е=104 — 105 Вт/см2 происходит активный локальный разогрев материала без оплавления. Оплавление и испарение металла происходит при более высоких показателях — до 1010 Вт/см2.

Производят локальную микрозакалку рабочих частей, деталей и инструмента: пуансонов, сверл, разверток, игл, цапф осей и т. д. Процесс закалки сводится к дозированному нагреву участка изделия, подвергаемого закалке, до необходимой температуры и последующему охлаждению жидкостью или струей газа. В зависимости от расположения фокального пятна фокусирующей линзы относительно нагреваемой поверхности можно осуществить поверхностную закалку или закалку на всю толщину изделия. На рис. 94 приведена схема закалки цапфы изделия. Изделие 1 пинцетом укладывают в приспособление, ориентируют относительно фокального пятна или луча лазера и закрепляют прижимом. При подаче импульса световой энергии на поверхность цапфы происходит ее местный разогрев. Охлаждающую жидкость или газ подают в зону нагрева через сопло. Ориентирование изделия и наблюдение за процессом закалки ведут через оптическую систему. В связи с кратковременностью нагрева изделия и быстротечностью процессов окисление поверхности незначительное, а для его полного исключения закалку ведут в защитной среде или в вакууме.

Техника безопасности при работе на лазерных установках. При работе на лазерных установках значительное внимание должно быть уделено вопросам техники безопасности. Наибольшую опасность представляет поражение излучением участков тела и особенно глаз. Следует иметь в виду, что излучение с некоторыми спектрами волн является невидимым невооруженным глазом, что особенно опасно. Для предотвращения поражения таким излучением лазер следует оградить кожухом из материала, отражающего или поглощающего инфракрасное излучение.

Для предохранения зрения от воздействия отраженных лучей лазера принципиально возможны способы, основанные на использовании фототропных веществ, свечей Керра и цветных стекол. Наибольшее распространение получил последний способ. Так, для защиты зрения от излучения с длиной волн в диапазоне 0,694— 1,5 мкм служат сине-зеленые поглощающие светофильтры из стекла СЗС-2 толщиной 3 мм. Очки с использованием этих стекол обеспечивают достаточно хорошую видимость. Для защиты лица от — брызг расплавленного материала необходимо применение щитков из органического стекла и других прозрачных пластмасс.

Определенную опасность представляют токсические пары и газы, образующиеся при обработке лазерным лучом. Для полного исключения влияния световых и других эффектов, возникающих при лазерной обработке, наблюдение за процессами целесообразно осуществлять с помощью телевизионных установок.